长风力发电并网对电网运行影响的分析研究

宋媛媛

(太原理工大学)

摘要: 近米，绿色环保、节能减排是人们关注的热点话题，风能是一种常见的清洁型能源，随着环保事业的推进，风力发电也在逐渐增多。在风力发电的过程中，电网运行质量和运行安全备受关注。本文主要就风力发电并网对电网的影响进行了相关的探讨与分析。

关键词: 风力发电;电网运行;影响分析

随着我国能源利用率的提升，风力发电在不断的进步与发展。较之发达国家，我国的风力发电事业起步较晚，所以相对落后。不过，随着经济水平的提升，我国对国外的优秀经验进行了积极的借鉴和分析，并且总结出了属于自己的发电技术

，从而促进了风力发电事业的快速发展。随着风力发电规模的日益扩大，风力发电的容量也在不断的增加，常规的电源控制电网已经无法保障电网的正常运行，所以需要采取新和影响。新的技术。本文就此作出了分析，阐述了风力发电并网的作用和影响。

一、风力发电机组类型

风力发电的机组类型较为常见的有三种，分别是:异步风力发电机、双馈异步风力发电机、直驱式交流永磁同步发电机。异步风力发电机是国内常见的发电机型，在风力发电中应用广泛，其具有结构简单、运行安全等优点，其为定速恒频机组运行的过程中，转速通常不会发生改变，在风能转换状态良好的情况下，发电机组的运行机率较小，所以发电能力不高。不仅如此，其需要在电力系统中获取无功功率。为了满足电网的运行要求，采用相应的补偿策略是必不可少的通常会在机端并联补偿电容器;双馈异步发电法普遍应用在兆瓦级的发电机之中，是世界范围内，最常用的机型。由于风力机的运行速度不是恒定的，且能够在一定范围内进行调节，从而在很大程度上优化了风机风能，使系统运行效率得到有效提升。不仅如此，该发电机的功率输出较为平滑，连接简便，不需要无功补偿设备的辅助，能够在一定范围内进行功率的调节;在大型风机组运行的过程中，齿轮箱往往是最容易出现故障的部件。如果选用无齿轮箱的机构，就能有效避免齿轮箱故障问题，从而提升电机组的可靠性和运行效率，减少电机组负荷，提升电机组的使用寿命，也在一定程度上降低了风力发电的运行成本。不过，与前两种机型相比，这种机组需要对谐波问题进行考虑和治理。

二、风力发电接入电网的方式

常见的风力发电接入电网的方式主要有分散接入和集中接入两种。接入方式的选择要考虑多方面的因素，如开发地规模等等。通常来说，规模小且距离风电场较近，能够进行就地消纳的风力发电厂通常会援用分散式接入电网的方式，接入的电压分别是10/35kV电源采用分布式接入，系统容量小，所以电网运行相对安全。反之，风力发电的开发规模较大，无法实现就地消纳，就要选用集中接入的方式。采用这种方式的接入等级普遍较高，且需要进行长距离的运输，所以在总体比重之中，装机容量占据了很大一部分，如果某个环节产生问题，那么很有可能出现电网运行安全问题，导致电网运行质量的降低。

三、风力发电并网对电网运行的影响

(一)电压闪变

常见的风力发电并网方式为软并网，尽管采用软并网方式，启动时所产生的冲击电流仍然没有明显的环节。如果风速过大，超出切出风速，则风机会推出额定出力状态。如果风场风机的运行动作相同，这种冲击会对整个电网产生巨大的影响。不仅如此，风速和塔影效应都会严重影响风机处理的稳定性，导致风机出力产生波动，从而带来电压闪变的问题，不仅影响输电质量，还在很大程度上影响电网的运行安全。

(二)谐波污染

产生谐波污染的原因有两种:一种是发电子自带电力电子装置，从而导致谐波问题。如果采用与电网直接相连的恒速风力发电机，则在软启动阶段，电网和电子装置相连，从而产生谐波，但是谐波的出现过程短暂，频率较低，所以影响不大。如果采用变速风力发电机，由于该发电机主要运用整流装置和逆变装置接入电网系统，所以电力电子装置的切换频率在谐波范围之内，从而导致十分严重的谐波问题。然而，电力电子器件在逐步创新与改进，谐波问题的影响正在不断减小。另一种污染原因是并联补偿电容器与线路电抗产生谐振。在风力发电实际运行的过程中，在风力发电厂出口位置，变压器的低压方向出现了大量谐波。虽然谐波问题比较常见，但是与电压闪变想必，谐波污染比较容易解决，且影响不大。

(三)电压稳定性

在大规模的风电场的范围内，电压波动相对较大，且波动频繁。产生这种问题的情况主要有三个方面:首先，机组启动的过程中会出现大量冲击电流，单台机组并网虽然不会产生较大的冲击，但是冲击时间相对较长;其次，如果采用多台机组并网，很有可能导致电压骤然下降，影响电网运行质量。所以，在使用多台发电机组进行并网时，一定要对发电机组进行分组，并且并网工作要有一定的时间间隔。如果风速过大或者产生故障，发电机组会自动推出并网状态，从而导致电压突降。如果机组数量较多，则电容补偿会导致脱网前的运行电压增加，从而使电压下降问题更加严重;最后，风速的变化也会影响电压稳定性，导致电压波动。如果平均风速加大，则有功功率会随之增加，母线电压就会先降低、再升高。这主要是由于，在输入功率小的情况下，电压升数值相对较小，从而引发的电压降大。如果风场输入功率加大，则电压升数值就会随之加大，电压降增加会相对较小。此外，考虑到电容补偿，电场电压也会增加。尤其是等值阻抗大的情况下，风速变动对电压的影响就会更加明显。研究表明，采用电力电子装置能够有效降低电压波动，提升电压稳定性。如，在并网的过程中，风电场机组端如果能够在瞬间无功，则启动电流会随之降低，电网受到的冲击也会变小。不仅如此，采用异步发电机时一定要采取恰当的防护措施，避免大面积的电压崩溃，从而严重影响电网的运行效率和运行质量。

(四)无功控制、有功调节

异步发电机是大规模风力发电场中的常见机组，在并网运行的过程中，这种机组需要吸收电网的无功功率从而增加运行负担，导致小型电网的稳定性受到影响。所以，在匹配相应的电容器组是必不可少的，通过电容器组进行无功补偿，实现电网运行质量的改进与提升，并且减少无功功率的消耗，有效控制成本。由于控制环节的增加，该机组增加了许多有优点。如，能够对无功功率加以控制、可以完成有功和无功功率的解耦控制等等。该发电机能够对转子转速加以控制，也可以对力矩加以控制。不仅如此，变频器通过d轴分量实现有功功率的控制，以及转子侧与电网侧变频器之间的有功交换。结语综上所述，风力发电是我国常见的发电方式之一，随着经济的进步与发展，我国风力发电技术在逐渐成熟，风力发电的规模日益扩大。近几年，风力发电已经成为新能源发电发电的主要模式。尽管如此，我国风力发电的技术仍然有待提升，要充分考虑风力发电并网对电网运行的影响。影响并网的原因有很多，如发电机、电场规模、电场规划等等。解决这些问题要从根本入手，改善硬件设施，调节电网负荷能力和平衡能力，实现电网运行质量的有效提升。

参考文献

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