摘要：在风电场接入电网的容量愈来愈大的背景下，风力发电机组并网运行会对电网安全稳定运行带来不同程度的影响。
关键词：风力发电机组；并网运行；电网运行；影响
1风力发电机的并网方式分析
1.1异步发电机组的并网
现阶段，在我国电网并联运行的风力发电机组中，大部分运用异步发电机，但异步发电机在并网瞬间会出现较大的冲击电流（约为异步发电机额定电流的4～7倍），并使电网电压瞬时下降。随着风力发电机组单机容量的不断增大，这种冲击电流对发电机自身部件的安全及对电网的影响也愈加严重。过大的冲击电流，有可能使发电机与电网连接主回路中的自动开关断开；而电网电压的较大幅度下降，则可能会使电压保护回路动作，导致异步发电机根本不能并网。
1.2双速异步发电机的并网
当下，在与电网运行的风力发电体系中，因为风能的随机性，风速的大小经常变化，为满足风速的变化，充分利用低速时的风能，增加全年的发电量，近年来广泛采用双速异步发电机。其并网方法是当风速传感器测量的风速达到启动风速，（一般为3．0～4．0 m/s以上），并连续维持达5～10 min时，控制系统计算机发出启动信号，风力机开始启动，此时发电机被切换到小容量低速绕组，根据预定的启动电流，当转速接近同步转速时，通过晶闸管接入电网，异步发电机进入低功率发电状态。若风速传感器测量的1 min平均风速远超过启动风速，则风力机启动后，发电机被切换到大容量高速绕组，当发电机转速接近同步转速时，根据预定的启动电流，通过晶闸管接入电网，异步发电机进入高功率发电状态。
1.3同步发电机的并网
1）因为采选频率变换装置实施输出控制，所以并网时没有电流冲击，对系统几乎没有影响。2）采用交－直－交转换方式，同步发电机组工作频率与电网频率是彼此独立的，风轮及发电机的转速可以变化，不必担心发生同步发电机直接并网运行可能出现的失步问题。3）由于频率变换装置采用静态自励式逆变，虽然可以调节无功功率，但是有高频电流流向电网。4）在风电系统中使用阻抗匹配和功率跟踪反馈来调节输出负荷，可使风力发电机组按最佳效率运行，向电网输送更多的电能。
2风力发电机组并网运行对电网运行的影响
2.1对电网调度计划和运行方式的影响
１）对电网有功、无功平衡和调度计划的影响。目前，传统的发电计划、检修计划以电源的可靠性以及负荷的可预测性为基础，调度计划的制定和实施有了可靠的保证。但是，当电网内含有风电场，而风电场出力有极大的随机性，调度计划的制定变得困难起来。由于自然界的风速不断地变化，风电机组的出力也随时变化。当风速大于切入风速（一般为３ｍ／ｓ）时，风电机组启动并网运行；当风速低于切入风速时，风电机组停机并与电网解列；当风速大于切出风速（一般为２５ｍ／ｓ，最新的５ＭＷ风机可达３０ｍ／ｓ）时，为保证风电机组的安全，风电机组也要停机。因风电机组出力有较大的随机性，一天内可能有多次启动并网和停机解列。风力发电不稳定的功率输出会给电网的运行带来许多问题，风力发电的波动需要通过常规电源的调节和储能系统来平衡，这是长期困扰风电机组并网的最大难题。因此，在电网中风力发电容量达到一定的规模后，风力发电的随机性和不可预测性会给传统的调度安排和实施带来难度。因此，如果对风电机组出力预测水平达不到工程实用程度，电网调度计划的制定会很困难。２）风电场运行影响节假日电网运行方式和机组发电计划安排。在节假日大量厂矿企业放假，尤其是春节期间，电网用电负荷大幅下降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因风电机组出力受风力的影响，如果将风电机组纳入电网的调峰和调压，则必须正确预测未来２４ｈ的风力情况，才能制定风力发电曲线，在目前技术水平下，还无法做到这一点，因此，风电机组参加电网的调峰，势必会增加电网运行难度。在各类机组的发电计划上，因火电机组的调整能力强，安排部分火电机组担任电网的调频、调压任务，一般要求某个时段风电机组停运，以保证电网的安全稳定运行。
2.2对电网电能质量的影响
风是优质能源，但风电不是优质电源，风电机组并网和运行将给电力系统带来电压闪变和谐波问题，影响电网电能质量。１）电压闪变问题。风电机组大多采用软并网方式，但是在启动时仍会产生较大的冲击电流。当风速超过切出风速时，风电机组会从额定出力状态自动退出运行，如果多台风电机组几乎同时动作，产生的冲击明显，容易造成电压闪变与电压波动。不但如此，风速的变化和风电机组塔影效应（主要是对于下风向风电机，由于一部分空气通过塔架后再吹向风轮，这样，塔架就干扰了流过叶片的气流而形成塔影效应）都会导致风电机组出力的波动，因此，风电机组在正常运行时也会给电网带来电压闪变问题，影响电能质量。２）谐波问题。风电机组本身配备的电力电子装置，可能带来谐波问题；风电机组的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振，在风电场出口变压器的低压侧产生大量的谐波，影响电网电能质量。
2.3调度及备用容量
以往的发电计划通常以电源的可靠性以及负荷的可预测性为前提条件，发电计划的制定和实施才有了可靠的保证。但是由于风能的随机性，风电厂出力的预测水平还达不到工程实用的程度，发电计划的制定变得困难起来。风电接入给电网带来的调度问题及额外备用容量的要求完全是由于风电的随机及间歇特性引起的。在风电功率无法预测时，电网必须按比较保守的方案为风电留出足够的备用容量以平衡风电功率的波动而当风电功率可以预测并且有足够的精度时，将风电功率作为负的负荷叠加到负荷预测的曲线上，就可以像传统的电力系统调度方式一样根据预测的负荷与风电功率安排常规机组的发电计划，从而优化发电机组的开机组合，降低整个电网运行的费用。因此，为了降低风电接入对电网调度的影响及对备用容量的要求，进行风电功率预测十分必要和迫切。
2.4 在频率稳定性方面
随着风电场大规模接入电网，风力发电容量在电网中的比例越来越大，其输出功率的随机波动性对电网频率的影响越来越大。当电力系统遇到扰动时，往往会造成电压降低，并可能导致不具备低电压穿越能力的风电机组故障下停机；同时，部分具备低电压穿越能力的风电机组在穿越过程中有功功率降低。消除对频率稳定性影响的主要措施是提高电力系统的备用容量和采取优化的调度运行方式；当电力系统较大、联系紧密时，频率稳定性问题不显著。风电场一般分布在距电力主系统和负荷中心较远的偏远地区或沿海区域，与电网相连相对较为薄弱。接入风电场较多的变电站，在风电场集中发电的情况下，通过并网线路向主网倒送，如果线路故障，风力发电功率波动会引起频率波动，因此，考虑风电场突然功率全停时并网点频率波动的限制，风力发电容量不能太大或并网点不能集中。
结语
随着国家能源结构的调整，大量风电场接入电网。由于风电场输出功率的随机性，会对电网运行带来冲击，通过及时跟踪、分析风力发电等新型能源发电机组的建设与运营，加强风力发电设备性能、风电场运行管理以及电网调度管理，提高电网接纳风电机组并网运行的能力，降低风电机组并网给电网安全、优质经济运行带来的负面影响，以保证电网的安全稳定运行。
参考文献：
［１］国家电网公司．Ｑ／ＧＤＷ３９２—２００９风电场接入电网技术规定［Ｓ］．北京：中国电力出版社，２０１０．
［２］国家电网公司．Ｑ／ＧＤＷ４３２—２０１０风电调度运行管理规范［Ｓ］．北京：中国电力出版社，２０１０．
［３］国家电网公司．Ｑ／ＧＤＷ５８８—２０１１风电功率预测功能规范［Ｓ］．北京：中国电力出版社，２０１１．
论文作者:鄢凯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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