摘要：随着全球经济的飞速发展，传统的不可再生能源逐渐无法满足现代生活需求，开发新能源是现代社会发展的必然趋势。风能作为一种重要的可再生能源近年来发展最为迅速。然而，风力发电在为人们生活提供清洁能源的同时，也对电网运行的产生了一定的不利影响。本文介绍了风电的发展，阐述了现阶段风电并网给电力系统带来的影响，分析了基于现阶段风力发电技术可采取的应对措施。
关键词：风力发电；电网运行；可再生能源
1风力发电的现状
1.1 风力发电的发展
能源安全和生态环境与国民经济可持续发展之间的矛盾，促进了可再生能源的迅猛发展。风能作为一种重要的可再生能源，因其分布范围广泛，风力发电技术最为成熟且成本相对较低，具有大规模开发和商业化发展前景。风电的发展基本经历了从技术探索研究、技术成熟完善及高速发展大规模开发的三个阶段，尤其是进入二十一世纪以后，随着全球能源供应战略和气候变化等问题的日益重视，风电产业化发展得到了显著提升。我国风电规模化发展略晚于世界水平，但近年在相关鼓励政策引导下，我国风电呈现出大规模、集中化发展态势。图1给出了2011至2016年我国风电发展情况。从图中可看出2016年底，我国风电新增装机容量2337万千瓦，累计装机容量达到1.69亿千瓦，风电总装机及新增装机容量均高居全球第一。
1.2风电机组的现状
目前，水平轴风电机组，因其风能利用系数高，技术非常成熟，因此应用最为广泛。此外，由于采用变速运行可使风力机最大限度的吸收风能，提高风力机运行效率，因此双馈异步发电机的变速恒频风机是目前的主流机型，而变速恒频直驱永磁同步风机是风力发电技术的主流方向，目前陆上单机容量达5MW的风机就属于直驱永磁型风电机组。
2风电对电网运行的影响
2.1对调度运行的影响
由于风能具有随机性、不确定性，风电功率波动较大。大规模的风机接入电网，一方面，由于负荷基本确定，电网中部分常规发电机组可能被安排停机。另一方面，风机输出功率的随机波动使得电网需增加备用容量，这就要求更多的常规机组并网，上述矛盾的出现对电网的调度管理带来了困难。
2.2对电网电压的影响
通常异步风机由于无励磁绕组，需从电网吸收无功以建立励磁，因此无主动电压调节能力。而双馈异步风机和永磁同步风机虽然能实现无功调节，但其无功电压调节能力相对有限。此外，在风电大发时可能会出现风机因无功支撑不足导致电压过低而脱网，同时因无功补偿装置未能及时退出会导致局部电压偏高，风机又可能因高电压脱网，最终造成大规模风机脱网事故。
2.3 对电能质量的影响
风机并网对电能质量的影响主要是闪变和谐波。风电功率的波动会引发并网点电压或电网局部电压波动，从而引起闪变现象。谐波主要来源是风机中采用的电力电子元件。变速风机，无论是直驱永磁同步风机还是双馈式异步风机，由于运行时其电网侧均采用了电力电子的变流器，因此上述类型风机并网必然对电能质量带来不利影响。
2.3对频率调整的影响
风电机组并网会使电力系统惯性响应和一次调频能力降低。由于目前并网的主要为变速恒频的双馈式异步风机和直驱永磁同步风机，两类风机均通过电力电子变流器的控制，使得风机转速与系统频率解耦，这就造成在系统频率变化时无法主动提供惯性支撑。此外，风力发电企业为追求经济效益和利用小时数，通常风机均保持在最大功率运行，这种工况下风机无法提供有功备用，当电网因各种扰动出现频率下降时，风机无法主动响应电网的频率变化。
3改善风电场并网影响的措施
3.1减小对调度运行影响的措施
分布式风电技术的发展，大量的风机可以接入低压配电网并最大程度的就地消纳，一定程度减少了风电并网对高压输电网的影响。现阶段特高压电网的加快建设，使得电网规模日益增大，这也缓解了风电并网的影响。此外，短期和超短期风电功率预测技术的发展，对风电短时间内的预测精度提高，有效降低风机对电网调度运行的影响。
3.2改善电能质量的措施
（1）并网风电机组的公共连接点短路容量比和电网线路XR比是影响风电机组引起的电压波动和闪变的重要因素。通过提高公共连接点短路容量比、采用适当的线路XR比能够有效抑制风电机组引起的电压波动和闪变。（2）由于变流器是产生谐波电压的重要因素，对变流器加装滤波装置，优化变流器的控制方式和策略，可有效减少变流器的谐波输出。（3）利用补偿装置抑制电压波动与闪变，如静止无功补偿器、有源滤波器、动态电压恢复器以及配电系统电能质量统一控制器等。
3.3改善电压稳定的措施
风电并网的电压调整手段主要有接入系统侧的无功电压支撑、风机本身的电压调节和风电场安装的无功补偿装置。（1）采用电容器、静止无功补偿器（SVC）和静止无功发生器（SVG）可有效维持风电场节点电压，降低风电波动对电网电压的影响。（2）采用超导储能装置（SMES），SMES能够对有功、无功进行调节，可有效降低风电场输出功率的波动，稳定风电场电压。
3.4提高调频能力的措施
（1）转子惯性控制：通过改变运行时风机转子转速短时释放或吸收风机旋转质体的部分动能，达到调整风机有功功率的输出。（2）转子超速控制：通过控制转子超速运行，使风电机组运行于非最大功率的状态，从而保留风机部分备用容量。（3）变桨距控制：通过控制风机的桨距角，改变桨叶的迎风角度与输入的机械能量，使其处于最大功率点之下的某一运行点，从而保留一定的备用容量。此外，在风电机组或风电场配置一定容量的储能，可以辅助风电机组参与电网的频率调节。
4结语
风电的发展给人们提供清洁能源的同时也给电网带来了一定的影响，而随着风力发电技术也日益成熟，通过采取相应的预防措施，可以有效降低风电给电网带来的负面影响。发展风电已成为我国推进能源革命、促进污染防治的重要手段，风力发电也将助力解决制约我国社会经济发展的能源瓶颈问题，成为开创经济发展的新动力。
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作者简介：
谢亮（1980.10），男，安徽安庆人，上海交通大学电力系统及自动化博士，工程师，单位：国网冀北电力有限公司，研究方向：电力系统稳定与控制
论文作者:谢亮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/15
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