摘要：风力发电是一种无污染、可再生的电能生产方式，在传统化石能源储量日益减少、风力发电技术不断成熟的环境下，国内风电场的建设规模也在不断增加。在风电场大规模并网的过程中，对电网系统的正常运行必然会产生干扰影响，出现诸如电压波动大、供电质量下降等情况，不仅影响电力用户的用电体验，而且也增加了电网系统出现故障的概率。本文在分析风电并网对电力系统安全稳定运行带来多方面影响的基础上，就如何控制风电并网后带来的负面影响提出了几点建议。
关键词：风力发电；并网运行；电力系统；安全影响
引言：现阶段国内风力发电的形式主要有两种，一种是风电场独立运行，即离网型；另一种是风电场接入电力系统运行，即并网型。相比之下，并网性风力发电由于得到了大电网的补偿和支撑，因此无论是在提高风能利用率还是风电转化率方面，都具有更加明显的优势。随着国内风力发电市场的逐渐成熟，风电并网也逐渐成为一种主流趋势。在这一背景下探究如何确保并网后电力系统运行稳定性和安全性，具有重要的现实意义。
一、风电并网对电力系统安全稳定的影响
1、对供电质量的影响
随着人们环保意识的增强，以及风电使用成本的下降，越来越多的电力用户使用风电代替传统的火电。在电力用户增加的同时，人们对于风力发电厂的电能质量也提出了更高的要求。在风电并网后，由于不同风电场输出的无功功率不一致，混合后导致电网整体电压会受到波及影响。体现在用户端，就是电能质量降低。目前针对风电并网造成电能质量降低的问题，主要的应对措施有两种：其一是供电公司采用软启动的方式，可以短时间内稳定电网电压。但是这种措施也有弊端，例如频繁的软启动会增加谐波，从长远来看不利于电网系统的稳定；其二是增加电网系统中换流器的数量，以分担工作负荷，提高对不稳定电压的调控能力。但是换流器增多后，也会增加电网运行负担，造成了电能浪费。
2、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。但是这样就无形中增加了工作量，此外电网系统的运行状态本身处于一个动态变化的过程，在风电并网后开展一次评估，只能是反映出现阶段的电力系统运行状态。随着电网系统运行时间的增加，设备、线路逐渐老化，各类问题也会频繁出现，对继电保护装置带来的影响仍然不能从根本上消除。
3、对电压稳定的影响
无论是火力发电还是风力发电，无功功率都是保证电网系统能够稳定输出电压的主要因素。当风电场并入电网后，由于风电场和大电网本身存功率差，大电网中的无功功率会向风电场提供一定的补偿，直到两者之间达到一种动态平衡。从大电网转移到风电场的这部分无功功率，并不会全部为风电场接受，而是根据风电机组的运行状态，决定无功功率的吸收能力。当风电机组转速较快时，可以将这些无功功率尽快的吸收，此时电网中电压会相应的升高；反之，如果风电机组长时间处于低转速，那么对这部分无功功率的吸收能力较差，此时电网中的电压会出现一定幅度的降低。
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。例如，一种常见的问题是并网后原电网系统中的电流方向发生逆转，电网系统中的继电保护装置，在检测到这一问题后，会自动启动以保护系统安全。继电保护装置发生作用后，电网系统中的电流会瞬间降低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当再次通电后，电压瞬间上升，由此增加电网运行负荷，甚至导致电网瘫痪。
4、对电网系统的冲击影响
虽然近年来国内风电场的数量有所增加，但是整体而言，多数风力发电厂的规模远不如火电厂和水电厂。因此，风电机组的容量较小，在未并入电网之前，风力发电厂必须要借助于电网系统建立磁场。但是在风电并网之后，风电场的可以直接利用电网系统内部磁场，这样一来就容易形成冲击电流。这些冲击电流往往远远高于电网正常运行状态下的电流极值，会对电网系统及内部电力设备的安全性造成冲击影响。此外，这种冲击电流是可叠加的，即当并入电网的风电场数量越多，形成的冲击电流越大。轻则影响电网系统正常供电，严重时还会导致电网内部电压突然降低，严重影响电网运行安全。
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3-5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资金投入力度，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10%-15%。
二、风电并网环境下确保电力系统安全稳定的措施
1、选择远离负荷中心建设大规模风电基地
大规模的风电场并入电网后，一方面是会直接增加了并网后电网的管理压力，并且由于无功功率差异较大，还有可能造成电压波动等情况，增加了电网系统出现故障问题的概率。为了解决这一问题，一种方法是在风电场并网之前，提前做好风电场与电网无功功率的调节工作，避免差异过大。但是实际操作起来具有一定难度；还有一种方法是在距离电网负荷中心较远的位置，新建大规模风电基地。这样在风电并网后，由于电网运行中的电压负荷较小，并不会产生明显的影响，从而保证了电力系统的稳定。
2、提高低电压穿越能力
如上文所述，风电并网后由于无功功率输出不稳定，导致电网系统的电压不稳定，为了避免电压的突变增加电力设备运行负荷，引起设备故障，需要提高电力系统低电压穿越能力，以保证在无功功率变化的情况下，电力系统仍然保证相对的稳定。基本原理是：当无功功率波动变化幅度超过设定值时，由于增加了电网运行损耗，会导致局部直流端的电压降低，当电压低到一定程度后，还会增加风电机组运行负荷。提高低压穿越能力，可以让电网中的电力设备在低压环境下也能够保持低损耗运行，从而维持了电力系统的安全与稳定。
3、加快风电场集中控制系统的研发与应用
新技术的应用在推动风电并网以及保障并网后电网运行安全方面发挥了至关重要的作用。近年来，国内的一些大型风电基地（如酒泉等）在这一方面已经取得了突破性成果。例如，将风电场集群控制系统投入应用，可以根据对电网系统运行参数的监控与采集，自动完成风电机组、无功补偿装置等设备的运行控制。另外，在风电并网后，引入新的继电保护装置，这样即便是电网运行过程中发生单相接地故障，也可以及时将故障源隔离起来，保证了电网运行的安全性。
结语：在国家大力提倡的几种新型能源中，风能具有清洁无污染、开发成本低等特点。目前风力发电面临的主要问题之一，就是在风电并网后如何保证电力系统稳定运行和保证供电质量的问题。本文提出的加快风电场集中控制系统应用、提高低电压穿越能力等技术措施，具有较强的实用性，在解决风电并网后电力系统运行问题方面发挥了一定价值。
参考文献：
[1]李悦,宋晓芳,薛峰.大规模风电并网对电力系统三道防线配置方法的影响综述[C]//中国电机工程学会年会.2014.
[2]杜娜娜.风电并网运行对华北某区域电网安全稳定影响分析及其对策研究[D].华北电力大学,2014.
论文作者:杨丽娟
论文发表刊物:《科技新时代》2018年10期
论文发表时间:2018/12/6
标签：电网论文; 风电论文; 系统论文; 电压论文; 风电场论文; 功率论文; 稳定论文; 《科技新时代》2018年10期论文;