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摘要：如今人们的环保意识不断加强，环境保护的理念已经深入人心。风力发电作为新型的清洁能源，已经成为国家关注和发展的重点，发展极为迅速，国家以及众多企业投入大量资金进行风力发电相关技术的研究，大量的风电场也在投入建设。该文对近年来风力发电的现状进行了介绍，对风电运行存在的问题进行了分析，并对风电未来发展的趋势进行了展望。
关键词：风力发电；电力系统；发展趋势；供电质量
1风电场并网对电网的影响
1.1影响电网调度分配
风能的不确定性和不可控性，造成其难以进行可靠的调节和预测，风电的并入，使电力系统的备用容量增加。由于火电机组需要几个小时的时间才能可靠投入，一旦系统的备用容量不足，则会对风电场的并网造成影响。风电的并网常常会显得不太合时宜，即在用电高峰时风电供应较少，而在用电低谷时电能的产生量却很大，增加了电网的调度难度。
1.2影响电网的供电质量
风电场的并入增加了电网的电源，但由于风能的不稳定性和随机性，风电场的输出功率是波动的，从而造成电网电压的稳定性不高。目前风电系统主要为以步发电机，需要吸收大量无功，若无功不足则会造成电网压降和闪变的问题。风力发电并网的电力电子设备也会产生谐波，对电网的供电质量造成影响。
1.3功率流动模式在风电场并网后发生改变
常规电网电能从电源发出，经由输电线路输送到负荷端，电能的传输方向是单向传输。而风电场在电网的末端，通常建立在偏远的野外，远离用户端，风电场并网后，配电网的功率流动呈双向传输，对系统的继电保护整定造成影响，应多电源网络模式配置保护设备，整定值不应在并网冲击电流范围内。
2常用的风力发电系统
目前风力发电系统常用的风力发电机主要有恒速恒频率异步发电机、变速恒频双馈异步发电机和直驱永磁同步发电机三种。由于变速恒频系统可以适应较宽的风速范围，已经成为风力发电的主流机型，而直驱永磁同步发电机和全功率变流器组合在未来有着广阔的发展前景。
2.1恒速恒频发电机系统
恒速恒频发电机系统主要由风力机、变速箱、异步发电机以及并联电容器构成。风轮机应用定浆失速控制可以确保发电机输出的电能电压和频率保持恒定。由于异步发电机在输出有功功率的同时会有无功产生，因此，可以通过并联电容器提高电网的功率因数。由于风能波动性和不稳定性的特点，恒速恒频发电机系统的风能利用率较低，能量输出波动性也比较大。
2.2变速恒频双馈异步发电机系统
双馈异步发电机是如今风力发电的主流设备，占装机总量的绝大部分。变浆距角技术的应用，提高了风能的利用率，而且在机组紧急停止时，通过调整可以减少风能的收集，降低了机组的机械冲击，机组的使用寿命加长了。定子侧和电网连接，转子通过双PWM变换器控制励磁，确保定子电能频率的稳定。
2.3变速恒频直驱永磁同步发电机系统
风力发电机和永磁同步发电机直接连接，避免了减速箱对系统运行的影响。同步发电机发出的电能通过交直交变频技术形成稳定的交流电进入电网。励磁采用永磁体节省了励磁的维护投入，但发电机的体积和制造成本以及难度加大了。
3风力发电的输出功率调节方式分类
3.1该类型风电系统通过固定轮毂和桨叶来
保持浆距角不变，该输出功率调节方式简单，主要用于恒速运行情况，该系统由于叶片较重，机组受力较大，导致发电效率相对较低。
3.2变浆距调节型
该类型调节方式通过在风力机上加装叶片调节装置来改变浆距角，使其能够适应风速变化。该方式能够减轻机组重量，使桨叶承受的压力减小，降低机组运行的损耗，提高系统运行效率。
3.3风力发电机风轮轴位置分类
风力发电机风轮轴按位置分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，其中，垂直轴风力发电机装机成本相对较低，机组维护检修方便，机组使用寿命长。水平轴风力发电机技术成熟，单机容量大，启动性相对较好。
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3.4风力发电的变换器功率变流技术分类
风力发电系统按照的变换器功率变流技术分为交-交变换系统、交-直-交变换系统、混合式变换系统、矩阵式变换系统、多电平变换和谐振变换系统这五类。其中交-直-交变换系统能够实现能量的双向传递，输出电流谐波含量小，系统结构相对简单，目前风力发电系统中应用最为广泛。
4风力发电对电力系统的具体措施
4.1增强电能质量
为了有效提高风电系统并网后的电网供电质量，需要采取有效地措施改善电网结构。并网过后的连接点短路比和电网线路是影响风电系统电压和闪变的重要因素，其中公共连接点短路比与风电系统的电压波动以及闪变成反比，短路比越大，电压的波动和闪变就会越小。同时，安装合适的电网线路也可以有效降低电压波动和闪变。当然也可以使用电子装置，降低风电场并网过程对电网造成的影响。
4.2完善发电厂规模设计体系
在实际管理体系建立过程中，要想提高整体发电场规模的有效性优化，就要积极建构更加权威其有序的管理机制，对电力系统中风力发电项目的规模进行统筹分析，并将其列为评价和计算的标准以及依据，实现电场短路容量比的有效落实。其中，短路容量表示的是网络结构强度，而风电场接入点的容量反映了风力发电注入功率的电流灵敏度。在对其进行常规化管理中，要积极建构更加系统化的处理机制和项目管控措施，确保管理渠道和管理要求的稳定性，也为其运行安全性和稳定性优化提供保障。集中关注大型并网风电场的运行效率，并且对其动态特性进行分析，结合动态仿真优化风荷过载能力和连接方式。
4.3提高电网的稳定性
对于提升整个电网的稳定性，首先需要通过计算风速和负荷变化对风电场输出有功功率和无功功率影响，然后安装分组投切电容器，但是这种电容器不能对连续波动的电压进行有效调节，还需要安装静止无功补偿器，这种设备可以有效调节无功补偿功率的大小，并且针对连续性的电压波动，提供相应的电压支持，提升整个系统的性能稳定性。其次，还需要安装超导储能装置（SMES），这种装置能量密度高，而且可以快速吞吐有功功率。利用基于GTO的双桥结构换流装置，SMES可以在四象限灵活地调节有功和无功功率，为系统功率不足的地方提供补偿。这样就可以降低输出功率的波动，使得电压得到稳定，提高了电网的稳定性。
5风力发电技术的发展趋势
我国风电行业已经步入了快速发展的时期，风力发电技术逐渐更具规模化和有效化，现已采用新的叶片技术、新型发力风电机、新型电力电子技术等智能优化风力发电系统，提高了可靠性和恶劣环境下的安全性。
5.1对于巨型机而言，采用延长叶片会使运输和安装成本增加，因此分段式叶片技术应运而生，很好的解决了运输和安装问题，同时采用强化碳纤维增强叶片刚度，玻璃钢和热塑等混合纱丝制造叶片，缩短了叶片的生产时间。
5.2采用无刷交流双馈异步电机、开关磁阻发电机和高压发电机也降低了成本，提高了可靠性，便于设备维修及养护，新型风力发电机的研制仍然是当前的重要任务。
5.3新型大功率变化器的研究和应用势在必行，多电平变化器相对两电平变换器显著的降低了功率器件的开关损耗，大幅度的提高了转换效率，同时，新型储能技术也日益受到了人们的关注，起到了维持电网频率稳定的作用。
5.4随着风电规模的扩大，对电网的影响逐渐加深，为了不影响电力系统的稳定性，就要求风电发电机组不脱网运行，在故障切除后尽快帮助电力系统恢复运行，即低压穿越，很多国家都在致力于研究此项，我国在2011年已自主研制出直驱永磁机组成功通过了低压穿越测试，后续还需继续完善。
5.5国外对风电机组和风电场的短期及长期发电预测做了很多研究，取得了重大进步，我国应借鉴欧洲国家风能功率预测在推动风电大规模利用方面的成功经验，大力开展有关研究，提高预测技术水平。
6结语
风力发电在近年来发展极为迅速，有效解决了国家能源紧缺和环境保护的问题，对我国环境、经济的可持续发展具有重要意义，是国家重点发展的能源产业。该文介绍了大规模风电场的投入对电网安全运行的影响，对风电运行中所面临的技术问题进行了阐述，并对风电未来的发展趋势进行了展望。随着技术的不断发展，风电将逐步走向常规化，成为电力供应的重要组成。
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论文作者:刘帅,魏久凡
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/19
标签：电网论文; 系统论文; 风力发电论文; 风电论文; 发电机论文; 功率论文; 永磁论文; 《电力设备》2017年第25期论文;