黃鵬

摘要：電力系統(tǒng)是一個復雜的動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)。風電是一種間歇性、波動性電源，大規(guī)模風電的接入對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來新的挑戰(zhàn)。本文對大規(guī)模風電接入帶來的問題進行綜述，并提出了應對措施和需要進一步研究的課題。

關鍵詞：風力發(fā)電;電力系統(tǒng);暫態(tài)穩(wěn)定;電壓穩(wěn)定;預測

一、風電對電力系統(tǒng)運行的影響

1.1對電能質(zhì)量的影響

大型風電場的并網(wǎng)在一定程度上對電能質(zhì)量會造成一定影響。風電機組的控制方式、類型、線路參數(shù)及系統(tǒng)容量等因素會影響到頻率、諧波、電壓暫降及閃變等方面。

1.1.1頻率。

與常規(guī)電源的區(qū)別是風電場輸出功率的間歇性問題，使得大型風電場所接入的電力系統(tǒng)的潮流常常處于重新分配的過程，影響電壓和系統(tǒng)的頻率。在一個地區(qū)，若風力發(fā)電的容量超過這個地區(qū)總裝機容量的某個比例，就需要采取措施增加調(diào)頻容量。其中有專家提出了用飛輪輔助，對風力發(fā)電—飛輪系統(tǒng)頻率和功率綜合控制方法。結果表明：風力發(fā)電—飛輪系統(tǒng)在飛輪的輔助下，可以按要求輸出較為平穩(wěn)的功率，并且能夠參與電網(wǎng)的頻率控制。

1.1.2諧波。發(fā)電機自身產(chǎn)生的諧波，不論對于何種風電機組而言，都是可以忽略的，風力發(fā)電機組中的電力電子元件是諧波電流的真正來源，其受干擾的程度取決于變流裝置和濾波系統(tǒng)的結構。同時，還與風電機組的輸出功率及電網(wǎng)的短路容量有關。在持續(xù)運行過程中，固定轉速的風電機組沒有電力電子元件的參與，一般不會產(chǎn)生諧波電流。由于運行過程中，變速恒頻風電機組變流器一直處于工作狀態(tài)，所以，實際中往往需要對諧波干擾進行考慮。合理設計濾波器以及使用PWM開關變流器，能夠減小諧波的畸變。

1.1.3電壓暫降

風電機組突然起動會引起電力系統(tǒng)的電壓暫降，倘若固定轉速的風電機組以感應電機作為其發(fā)電機，在運行時，引起的電壓暫降往往較為嚴重。減小操作不當引起的電壓暫降，常運用風電場管理系統(tǒng)來對機組起動的電壓和出力進行控制，這種方法適用于各種類型的大風電機組的風電場。

1.1.4無功電壓

在電網(wǎng)中，出現(xiàn)電壓偏差，一般屬于穩(wěn)定問題。波動較大的風速會造成風電機組出力波動大，故風電功率波動引起電網(wǎng)內(nèi)某節(jié)點電壓偏差超出規(guī)定的限值。若出現(xiàn)這種狀況，可以在風電場裝設無功補償裝置來改善電壓，或可以使得注入電網(wǎng)的風電功率相對減少，從而緩解對系統(tǒng)的影響。

1.2風電并網(wǎng)對繼電保護的影響

大機組的風電場進行并網(wǎng)，對線路保護裝置的靈敏度以及保護范圍都會產(chǎn)生影響。圖2所示為某線路發(fā)生故障時，風力發(fā)電對系統(tǒng)保護的影響。

如圖2所示線路圖，有一個風電機組連接在距離線路末端X處，在線路的末端發(fā)生了短路故障，這時故障點將會出現(xiàn)短路電流，相應地就減小了線路保護K所能夠檢測的故障電流值，降低了保護裝置K的靈敏度。在系統(tǒng)線路中的個別位置，無法起動速斷保護裝置，這樣就形成了速斷保護的死區(qū)，線路的故障就不能得到及時的切除。當線路中出現(xiàn)并網(wǎng)點處于線路速斷保護的死區(qū)時，若不改變保護系統(tǒng)，通過后備電流保護動作來切除故障，會大大增加對電網(wǎng)的影響。對速斷保護整定值進行調(diào)整，則會造成過電流保護、速斷以及其他控制裝置間的無法協(xié)調(diào)，使保護誤操作。

1.3風電并網(wǎng)對運行和電網(wǎng)調(diào)度的影響

1.3.1對系統(tǒng)運行成本的影響

與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比，風力發(fā)電的運行成本非常低，帶來的經(jīng)濟效益相對較為客觀。但是風力發(fā)電具有間歇性和波動性的特點，使得風電場功率輸出表現(xiàn)出較強的隨機性現(xiàn)象，就目前的研究水平而言，預報水平不能夠滿足系統(tǒng)實際運行需要。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，風電并網(wǎng)要在原有基礎上，采用一些容量的備用來保證功率平衡和穩(wěn)定。由此可知，風電并網(wǎng)對系統(tǒng)主要存在兩個方面的影響：①分擔了機組的一部分負荷，減少了系統(tǒng)燃料成本的代價。②在某種程度上增加了系統(tǒng)的可靠性成本。

1.3.2對電網(wǎng)運行調(diào)度的影響

風電并網(wǎng)所帶來的調(diào)度問題主要是風的間歇性與隨機性所造成的。目前的研究遠不能合理地預測風電功率，并網(wǎng)地區(qū)的系統(tǒng)常常預留一些備用容量來平衡風電功率引起的波動。若可以在一定精度上預測風電功率，就可以按照傳統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)度方式，根據(jù)所預測的風電功率，合理地安排各機組的發(fā)電計劃，降低電網(wǎng)運行的費用。

二、對風電并網(wǎng)的分析及抑制措施

2.1電網(wǎng)消納風電能力分析

電網(wǎng)對風電能力的消納受其電力平衡和安全穩(wěn)定運行能力的約束。目前，對風電影響能力的消納主要因素是電力平衡，風電功率的預測現(xiàn)在還不能計入電力平衡，消納能力主要靠廠用負荷水平以及同步機組調(diào)峰容量決定。最大的廠用負荷水平以及同步機組最小技術出力會決定風電最大消納能力;而最小廠用負荷水平以及同步機組最小技術出力將會決定風電最小消納能力。

2.2加強風機低電壓穿越能力

所謂的風機穿越故障能力指的是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電壓水平降低的狀況下，風電場仍然可以并網(wǎng)運行并且能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。如北美的電力可靠委員會規(guī)定，裝機2萬kW以上風電場，風機所能承受故障電壓為15%，持續(xù)時間625ms，時間恢復3000ms，還準備提出更高要求，即出現(xiàn)故障電壓為零時，持續(xù)時間167ms。

2.3加強風電并網(wǎng)安全穩(wěn)定研究

需要進一步開展研究風電并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響，以確定風電消納能力。目前對于風電機組的研究也只是局限于雙饋機組、異步機組和直驅機組的模型以及參數(shù)。由于各個公司生產(chǎn)的風電機組存在差異，尤其控制系統(tǒng)的設計差異較大，為了更準確地進行機組模型的仿真，需要開展風電機組的建模工作和參數(shù)測試。開展對其控制系統(tǒng)的仿真，逐步使得所制訂的模型標準化，同時使得各個風電機組廠家生產(chǎn)的機組能夠標準化。

2.4深入風電場安全技術研究

1）推進風電機組通過恒電壓控制方式進行機組無功出力的調(diào)節(jié)和改造工作。2）繼續(xù)推進風電場無功功率和有功功率自動控制工作，從而使得風電場出力能夠根據(jù)系統(tǒng)的負荷進行調(diào)峰，風電場無功功率可以根據(jù)系統(tǒng)電壓的要求進行調(diào)壓。3）加強風電安全的可控性，風電機組控制系統(tǒng)可以加入判斷邏輯，電壓或頻率導致風電機組出現(xiàn)脫網(wǎng)時，可以實現(xiàn)自動的并網(wǎng)。4）深入研究風電機組頻率、電壓、三相不一致保護和低電壓穿越功能，自動重合閘和系統(tǒng)保護的相互配合，深入開展風電機組低壓穿越能力的研究、改造，防止風電機組脫網(wǎng)對系統(tǒng)造成大的沖擊。

三、結語

本文論述了風力發(fā)電發(fā)展的新特點，對大規(guī)模風電接入電網(wǎng)帶來的問題進行了綜述，針對這些問題，論述了開展風電場綜合控制和風電功率預測研究的必要性。

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