摘要：我国正在加快对能源结构进行调整和构建能源互联网，风力发电作为一种清洁和可再生能源，在该过程中起到重大的作用。因此，当前要着力解决风电并网发电对电网带来的影响，开发新型风机结构或技术，使风电场的并网达到稳定并网的要求，从而促进我国风力发电的快速发展，同时推动能源结构的调整和能源互联网的建设。
关键词：风电并网；电网；影响
引言
我国总的风电装机容量占比最多，新增装机容量也占比最高，占据了电力发电的半壁江山。其他国家的风电装机总量也在不断上升，说明风电在世界的发展不容小觑。
1.我国风电发展概况
我国具有丰富的风能资源，为风力发电的发展创造了先决条件。近年来，随着风机材料、电力电子、并网等方面技术的创新与快速发展，我国风电的发展势头较快。国家气象局提供的数据表明，我国能够利用风能的面积为234万平方千米，可开采的风能资源储量已达42亿千瓦。据电力行业最新统计，2019年第1季度，全国新增风电装机容量478万千瓦，包括海上风电12万千瓦，累计并网装机容量达到1.89亿千瓦，全国弃风电与弃风率持续下降。可见，风力发电在我国新能源的开发利用方面具有突出的发展潜力。
2.风力发电对电网的影响
2.1电能质量的影响
风力发电系统在并网时会对电网的电能质量产生一定的影响，其影响主要体现为电网电压的波动，频率的变化以及产生谐波。风力发电机输出的功率受到风速的影响，具有间歇性和随机性，因此就造成电网中电压的波动，对于电网和用户，电压的波动会对电网中变压器，线路绝缘和用户侧的用电设备造成不同程度的损害。同时波动性的功率也会造成风机接入电网的潮流处于重新分配的过程，不但使电压产生偏差，也对频率造成影响。当电网频率发生改变，变电站变压器的励磁电流也会相应改变，对电力系统无功平衡和电压的调整增加困难。风电场中异步发电机在并网时用到大量的电力电子设备，由于电力电子设备的非线性特性，会向电网注入谐波，使电气设备的损耗增加，绝缘老化速度加快以及产生干扰信号使继电保护设备误动作。
2.2电网稳定性的影响
现代电力系统的特点是发电、输电、用电必须具备同时性，这就要求发电站的出力可控，稳定。而风力发电出力的间歇性和随机性，对整个电网的稳定运行及电网调度产生较大的影响。特别是大规模风电站并入电网时，必然会对电网的稳定以及电能质量的控制带来困难，情况严重时，甚至可能会造成大片面积风电机组脱网、电网电压和频率的失衡等重大事故，给工业生产带来经济损失和干扰人们正常的工作生活[1]。另外，由于异步发电机组发电过程中会从电网吸收一定数量的无功功率，并且很难对电压进行控制，会造成风力发电站并网点处的电压降低以及增加线路、变压器和用电设备的电能损耗，不利于电网在发生故障时电压的恢复和系统的稳定。因此，有必要采取一定的措施减少风电对电网稳定运行的影响。
2.3对暂态电压稳定性的影响
当用电负荷或者输入功率的突然增加会导致系统电压低于规定的范围，这种情况下如果用传统的异步发电机，容易导致风电场电压的崩溃；如果动态无功电压无法支撑，将会从系统中吸取能量。在这种情况下系统如果发生短路接地类的故障，则风电场将无法有足够的无功功率进行支撑其运行，会导致风电机组的机端电压无法重建，电压急剧下降至无法控制的范围，会造成风电场的暂态电压失去平衡。变速异步发电机的风电场的电压控制方案一般是通过转子侧变频器实现的，但是发生故障后，变速风电机组没有动态无功功率支撑的作用。如果电网侧发生较大的故障时，正常的维护策略无法为动态电压提供支持。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而且，风机送出线路一旦出现大的故障，比如整条线路切除，将会让电网的整体结构都变得异常脆弱，同时风力发电机组突然甩负荷有功无法输出，导致机械转矩比电磁转矩还要大，从而会引起风力发电机组出现超速，轻者使风力发电机组过速磨损，严重的超速会引起风机倒塔、断桨叶等重大事故。这都将会对风电场的稳定运行以及电网系统的安全稳定带来非常严重的影响。因此，风电并网的电网暂态电压稳定性对电网系统非常重要[2]。
3.应对风电对电网影响的措施
3.1装设无功补偿装置
风电场在向电网输送电能时，风电场中的异步发电机需要吸收电网无功功率作为产生磁场的励磁电流，变压器、输电线路等感性设备也会吸收一部分无功功率，为保证不对电网电压及电网的稳定运行造成影响，在风电场的并网点处装设无功补偿装置，并且其容量能够满足风电场的最大出力。无功补偿装置主要有同步调相机，静止电容器，静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM），后两者在风电场应用较多，SVC相对经济，而STATCOM具有较高技术指标，因此，风电场在安装时，应考虑到成本和技术指标，合理选择无功补偿装置。
3.2应用储能装置
风力发电具有间歇性和随机性的特点，使风电的出力不可控，直接影响到电网的电能质量和电网稳定性，也为电网的调度增加了难度。而储能装置能将风电场产生的间断性电能输出存储起来，并在合适的时间通过变流器等装置输送到电网上，使其变为电网能够控制、利用、可调度的电能，避免了在负荷低谷时，风电场开始出力却不能将电能输入电网所导致的弃风现象。此外，当储能装置容量足够大，能够起到削峰填谷的作用，也可以充当备用电源，在负荷高峰期或电网发生故障时，为电网及用电设备提供电源支持。当风电场安装储能装置后，不仅能够改善电能质量和保持电网稳定运行，还提高了风电的利用率和消纳能力。因此，储能装置在风电并网中发挥着重要作用[3]。
3.3提高暂态电压稳定性的措施
提高风电并网暂态电压稳定性，需要合理选择风力发电机组，与提高静态电压稳定性的方式相同，都是选择双馈式异步发电机，能够有效提高系统的暂态电压稳定性；要限制接入风电场的容量，将较大的容量风电场接在不同的节点中，不能只接入在一个节点。这样做的目的是为了当其中某一个节点发生故障后能够降低相互之间的影响，以增加系统的暂态电压稳定性；对风电机组进行有效的控制，控制的重点是恒速恒频异步发电机组的桨距角，控制桨距角能够有效降低机械的输入功率，当电压出现故障进行修复的过程中，能够有效避免机组功率不平衡导致的电压失衡。而变速风电机组不仅能够对桨距角进行很好的控制，还能有效控制变流器侧，从而起到控制风电并网引起的暂态电压不稳定的问题，让系统的电压更加稳定了；无功补偿也同样需要重点加强，当电网发生故障后，风电场对无功的需求会急剧上升，从而造成电压下降，因此需要采取无功补偿措施，安装SVC、STATCOM无功补偿装备，保证系统运行的稳定性[4]。
结论：
简而言之，风力发电作为一种新能源，在我国的发展起步相对较早，并且在新能源发电中占有较大的比例，对于提高环境质量和优化能源结构起到重大的作用。然而，随着风力发电的规模不断扩大，其对电网电能质量和稳定运行的影响也在加强。本文在阐述我国风电发展的基础上，简述了风力发电对电网电能质量和电网稳定性的影响，对具体的解决措施进行了总结，旨在为相关领域的专业人员提供参考。
参考文献：
[1]王永辉，陈新，刘冰.风电并网后的电网稳定性影响因素分析及应对策略[J].自动化应用，2017（8）：153-155.
[2]赵威.风电并网对电网电压稳定性的影响研究[D].华北电力大学，2015.
[3]彭亮.影响风力发电机组并网系统稳定性的因素分析[J].电子设计工程，2017，25（15）：85-89.
[4]门艳，刘芳，闫富强，等.风力发电并风电能调度稳定性优化仿真[J].计算机仿真，2019，34（6）：108-111.
论文作者:陶玉婕
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/18
标签：电网论文; 电压论文; 风电论文; 电能论文; 稳定性论文; 风电场论文; 风力发电论文; 《电力设备》2019年第11期论文;