摘要：随着我国经济建设速度的快速提升，风力发电逐渐受到我国的重视，“十二五”期间，我国风力发电发展迅速，为我国能源结构调整做出了重要贡献。风电并网作为风力发电的关键步骤，目前还存在一些较为常见的问题，制约了风电场和电网的安全稳定运行。所以在开展风电并网工作的过程中，需要对其进行全面深入的研究，从而保证风力发电的正常发展。
关键词：风电并网；电力系统；安全稳定；新能源
前言
我国在风力发电方面投入了大量的人力、物力和财力，在实际建设中取得了一定成绩，但是从总体上来看，风力发电量占总发电量比例仍然较小，尚未赶上发达国家风力发电水平。由此，就其中存在的问题，应继续加大资金投入和科研力度，从而满足可再生能源持续发展的战略需求。
1 对电网系统的冲击
就当前我国风力发电建设现状而言，总体规模和容量较小，风电场多采用异步发电机，这种发电装置没有独立的电磁装置，只能借助电网系统建立磁场，如果风电机组直接并网，可能在并网时产生较大的电压冲击，形成冲击电流。这一冲击电流同电网系统电压息息相关，如果风电场规模和容量不足，那么该冲击电流并不会影响到电网系统的正常运行，但如果风电场容量和规模逐渐扩大，那么在并网时产生的冲击电流将直接影响到电网系统正常运行，导致电压骤降，不利于电网系统的安全平稳运行。
异步风电机组在工作过程中，会吸收电网系统大量无功功率，来建立自己的磁场，如果并网时产生的冲击电流是电网系统额定电流的6～8倍，则会导致电压直接下降到一个低水平，造成电网系统其他设备的故障，甚至会造成并网失败，破坏电网系统整体运行的稳定性。所以在并网后，应加强无功补偿设备的投入力度，保证电网系统正常运转，但同样，风电机组脱离电网系统同样会造成电压的瞬间升高，严重情况下超过正常电压的1/10。
2 对电压稳定的影响
（1）就我国并网实际建设取得的成效来看，风电场并网对电网系统的主要影响在于电网系统的电压稳定性。就电力系统总体而言，无功功率是当前影响电网系统电压稳定的关键性因素，并网后风电场从电网中吸收无功功率，建立自己的磁场，可以看作是一个无功负荷，一旦风电机组转速过快，吸收的无功功率就会持续增加，而转速降低时，相应的吸收无功功率减小。究其根本，发生这种现象的主要原因是因为风力自身的特性，波动性较强，直接影响电压稳定。此外，如果风电机组电压下降，无功补偿下降，致使风电机组需要吸收更多的无功，那么电压将持续下降。
由于风电场并网后直接接入到电网系统的末端，但也有的风电场直接接入到配电网，可能会导致配电网电流流动方向以及规律改变。如果电网系统电流方向发生逆转，可能会引发继电保护装置的启动，加之电网注入功率增加，严重情况下会造成电网电压以及功率超出安全标
（2）对频率稳定的影响
风电的发电功率不稳定，具有间歇性和波动性，从而使其发电量也不稳定，输出功率不是恒定值。风速发生变化时其输出有功功率就会波动，进而导致电网内的有功也发生变化，有功会影响电网的频率。如果一个地区的风电所占份额过大，某一时刻有功频率变动过大将会导致频率崩溃，甚至会使得整个电网瘫痪。
（3）对电力系统暂态稳定性的影响
风电并网对电力系统暂态稳定性的影响与风机和电网的运行方式以及电网的拓扑结构等因素都相关。文献[1]采用EEAC理论，对FSIG，DFIG对电力系统暂态稳定性的影响开展了较为深入的研究。研究结果表明，大规模的风电并网会改变电力系统的潮流分布，电力系统的暂态特性确实发生了变化，可能会降低系统的暂态稳定性，也可能会对电力系统稳定性有所改善。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆风电接入的电压等级越高，风电的渗透率越大，其对电力系统暂态稳定性的影响就越明显。
（4）对电力系统充裕性的影响
电力系统充裕性是指电力系统在稳定运行时，系统元件额定容量、母线电压和系统频率都应维持在允许范围内，满足用户需求功率和电量的能力。由于风电具有间隙性和波动性等随机性特征，因此在其出力水平的预测上也带了难度。传统的充裕性评估方法需要进一步改善才能满足需要。文献[2]研究了季节性风速变化对电力系统发电和输电充裕性影响。准，电压骤降或提升，致使电网系统崩溃。
3 对电能质量的影响
风电场无功功率输出波动性较大，将直接影响到电网系统电压稳定以及电能输出质量，就风电场对电网系统电能质量的影响有两个方面。其一，降低风电场并网瞬间对电网系统的冲击，可以采取软启动方式，需要加强软启动相关设备的管理，晶闸管运行故障可能会产生次谐波；其二，风电场并网瞬间如果电流持续变换，会加剧换流器的运行负荷，产生大量谐波，促使风电场吸收更多的无功功率，造成电网系统电压降低。
4 对继电保护装置的影响
我国传统电网主要采用电力分配系统，将产生的电能借由电力系统传输到各个负荷，保持单向传输，但是风电场并网后，将改变传统电能传输方式，实现双向传输。为了防止风电机组投产对自身设备造成损坏，对电网系统安全稳定产生冲击，应保持风电机组电动机状态下运转，降低系统运转负荷。如果有较大的风电场并入电网系统，电网系统需要重新评估短路电流大小，检测短路容量，确保短路容量在并网后仍然能在断路器承受范围内，规避短路电流出现而无法解决的问题。
5 风电接入电网运行控制
（1）由于发电机组不能有效参与电网频率调整，电网频率调整必须有传统电厂分担，在大规模风电接入电网情况下，随着风电装机容量在电网中比重增加，参与电网调频的电源容量比例显著下降，需同步配套相应容量的调频电源。
（2）大规模风电集中接入，对电网调峰性能提出了更高的要求，必须依据电网内电源配置情况，调峰能力及特点，采用风火，风火打捆外送方式等配套建设相应容量的调峰电源。
风力的间歇性、随机性造成风电场功率可预见性差，要求系统提供更高的备用容量。
（3）风电机组的低电压穿越能力需要引起足够重视。在风电装机比例过大的电网，由于系统故障或就地引起风电机组在电网低电压期间的大面积的脱网，将会导致电网潮流的大面积转移、输变电设备过负荷、潮流断面过极限甚至引起频率稳定、电压稳定破坏事故，对电网的安全稳定运行影响较大。
（4）对风电机组低电压穿越能力的要求在多个国家均有强制性规定，我国目前还没有这方面的国家标准。国家电网公司已制定了相关标准，应将此标准引为国家行业标准并强制执行。
6 大型风电场接入系统的可靠性评估方式及相关措施
风电场供电间歇性和波动性对发输电系统影响很大，经过不同节点并网对系统可靠性影响差距非常明显，要根据电网实际情况和网络结构选择合适的并网方案，电网可靠性的提高有助于改善风电场接入电网的可靠性。
结 论
保证电力系统的稳定性是电能生产、运输和利用的基本要求。风电作为一种新型能源，可控性较差，其本身的很多特性具有高度的随机性，因此，风电的大规模并网会对电力系统产生较大影响，解决风电并网对电力系统安全稳定的影响已经成为风电发展的重要因素。
参考文献：
[1]汪宁渤，马彦宏，王建东.大规模风电集中并网对电力系统安全稳定的影响[J].电力建设，2011（11）：77-80.
[2]卢焕丽，康积涛，罗强.风电并网对电力系统电压稳定的分岔影响[J].中国电力，2014（1）：75-80.
论文作者:史阳1,常超2,王嘉琨3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
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