风力发电并网技术研究

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摘要：根据风力发电在我国的利用以及风电机组发电的特点，分析了风电并网对电网系统的影响，为促进以后风能资源的开发利用以及提高电网接受风电场的能力提供了一定的参考。对风电场并网的相关问题进行分析，提出相应的建议和措施。

关键词：风力发电、并网、电能质量

中图分类号： TM315 文献标识码： A 文章编号：

当今社会,能源短缺,环境恶化,对绿色能源的需求十分迫切。风力发电作为一种储量很大,开发成本相对较小的绿色能源,正被广泛采用,并得到国家政策强有力的支持。风力发电可靠性高、投资小、规模效益显著，是发展非常快的新型清洁能源。2011年中国全年新增风电装机容量17.63GW，全国累计装机容量62.36GW，继续保持全球风电装机容量第一的地位。

但风力发电其自身间歇性、不可控、无调频能力、控制复杂等特点,使得其接入电网后可能给电网带来一系列问题。大型风电场的并网，会改变系统的潮流及网损的分布，需对电网规划提出新的要求；可能给配电网带来电能质量的问题；

由于风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出电量是波动的，当风电机组并网运行时，会影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波等，严重时会对弱电网的安全稳定性造成危害，因此风力发电场对接入电网的影响不容忽视。本文简要分析风电接入后对电网的影响，给出提高电能质量的措施。

1 风力发电机组的发展趋势

风力发电机组的发展趋势主要有两个方面：一方面开发单机容量越来越大的兆瓦级大型风电机组，大型化的风电设备可降低风力发电的成本；另一方面，开发分散式小型、微型风力发电系统，分散式风力发电机组可解决边远地区的就地供电问题，省去投资庞大且难有经济效益的供电网络的规划与建设。

2 常用的风力发电机的并网方式

风电机组的并网条件为风电电源与电网电源两者在相序、电压有效值、频率、电压相位及波形均相等或接近相等[1]。 2.1异步发电机的并网技术 异步发电机靠转差率来调整负荷，其输出功率与转速近乎呈线性关系，对机组的调速精度要求不高，不需要同步设备和整步操作，只要转速接 近同步转速时就可并网，因此CSCF风电系统多 采用异步发电机。但异步发电机并网也存在一些特殊问题，如直接并网时产生的过大冲击电流造成电压大幅度下降，对系统安全运行构成威胁；异步发电机本身不能输出无功功率，需要无功补偿；过高的系统电压会使其磁路饱和，无功励磁电流大量增加，定子电流过载，功率因数大大下降；不稳定系统的频率上升过高，会因同步转速上升使运行状态变为电动机状态；不稳定系统的频率下降过低，又会使异步发电机电流剧增而过载等。因此，必须采取相应的有效措施才能保障风力发电机组的安全运行。异步发电机并网时瞬间冲击电流较大，需要电容无功补偿装置。目前，异步发电机并网主要有直接、准同期、 降压、捕捉式准同步和晶闸管软并网共5种CSCF 并网方式[2]。

2.2同步发电机的并网技术

由于异步发电机会产生滞后的功率因数且需要进行补偿，而同步发电机可以控制励磁来调节 其功率因数为1；异步发电机要靠增加转差率才能提高转矩,而同步发电机只要加大功角就能增大转矩，调速范围更宽，承受转矩扰动能力更强，响应更快。因此，同步发电机正逐步取代异步发电机。同步发电机的并网方式有准同步、自同步和变频器并网3种方式[3]，其中前2种、最后1种分别属于CSCF、VSCF风电并网方式。

3风电并网对电网系统的影响

风力发电场大规模并网对电力系统的安全和稳定运行带来了新的挑战，风电场并网对电网的影响主要在于： ①风电并网对现有电力系统负荷预测、规划和运行的影响．电力系统的负荷预测是规划、调度的重要组成部分．由于风力的随机性和间歇性等非线性特点，风力发电场大规模并网使得电力系统规划人员更加难以准确预测负荷的增长情况，从而影响配电网的后续规划。

②风电并网对电力系统运行调度的影响。在电力系统中，调度中心依据负荷预报安排常规机组的发电计划和调频任务，在线机组一般分为调频、调峰和带基荷3类．由于风电场的出力不能十分准确预报，发电计划的制定变得困难，如果把风电场看作负的负荷，不具有可预测性，作为电源则可靠性又没有保障，给传统的发电计划和调度带来了困难．风电场的并网对电力系统运行中的调峰和调频机组也提出了更高的要求，不仅要求足够的容量，而且要求这些发电机组具有快速响应能力．如果电力系统没有足够的调频容量或者调频机组的响应特性不满足要求，将引起电力系统频率波动．而我国电源结构以煤电为主，系统调峰或者调频手段本来有限，随着大规模风电场集中并网，电网调节更为困难，可能会增加机组出力变化甚至启停次数，从而显著增加运行费用。

③风电并网对电力系统的电能质量和运行可靠性的影响。风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率呈波动性，可能会影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波等。 风力发电机组大多采用软并网方式，但是在启动时仍然会产生较大的冲击电流。风力发电并网后对电能质量的影响主要体现在电压闪变、电压波动以及谐波污染三个方面。可以采用提高系统的电抗和无功补偿等措施来改善电压闪变和电压波动问题，谐波问题则通过采用多脉冲整流电路、APF来解决。但仍需进一步研究和完善合理有效的电能质量控制措施，以使风电场和电网稳定运行，以最大限度地利用风力资源。

④并网风电场对电力市场的影响。电价是电力市场运行的核心要素，由于风电场的出力具有随机性，它不仅不能为电力市场提供辅助服务，而且有可能增加电力系统的辅助服务成本(包括负荷跟踪、频率控制、各种备用容量、无功功率和电压调节等)．为了保证供电的电能质量，电力系统必须计算或者预测风电场的影响，并考虑相应的对策。

4 结语

随着能源紧张局势不断升级和环保呼声日益高涨，发展清洁可再生能源已成为一种趋势，受到世界各国的关注，合理地开和利用风能成为解决矛盾的一种方法。本文讨论了风电并网对电力系统的影响因素，了解这些影响因素有助于大型风电并网运行的安全性。开展风电并网技术研究对于解决风电发展的瓶颈问题、推动风电产业的可持续发展、适应国家能源结构变化需求都有着重要意义。

参考文献：

[1] 黄守道，孙延昭，黄科元．风电机组并网问题研究[J]．电力科学与技术学报，2008，23(2)：13—18．

[2] 李腾飞，吕跃刚，刘吉宏。等．风力发电机组并网技术 [J]．中国电力，2009，42(儿)：61-65．

[3] 李建林，赵栋利，李亚西，等．几种适合变速恒频风力发电机并网方式对比分析[J]．电力建设，2006，27(5)：8—11．

作者简介：王旭（1980－），女，2003年毕业于哈尔滨理工大学,学士，现正攻读华北电力大学工程硕士。