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摘要：随着国内经济飞速发展，环境问题也日益严峻，非可再生资源日渐减少，可持续利用可再生的风能作为一种环保型的绿色发电能源逐渐在电力系统中占有了一席之地。大力发展风力发电，不但可以节省煤炭石油天然气等非可再生资源，更能降低温室气体排放，提高环境质量。所以，本文针对大规模风电并网电力系统的调频特性进行研究。
关键词：大规模；风电并网；调度
一、概述
随着全球变暖形势的日益严峻，人们越来越倾向于节能减排低碳经济的生活方式。全球变暖的罪魁祸首是以二氧化碳为主的温室气体大量排放，在中国，二氧化碳的主要来源便是化石燃料的大量燃烧，而我国每年消耗的煤炭60%以上都是用来发电，目前煤电占我国电能组成的78.1%。为顺应全球范围内的低碳经济发展潮流，清洁、可再生能源的发电所占比重开始逐渐上升。目前全球范围内清洁、可再生能源的发电技术中，风力发电技术是最为成熟的。近10年内，全球风电增长率达到了年均29%。我国风力资源丰富，主要集中在内蒙古、新疆、甘肃、河北等地，这些地区风力资源总共约2.5亿Kw，海上风力资源也相当丰富，约有7.5亿Kw，风力发电是未来我国经济增长的一条重大产业链。作为一种清洁能源，风力发电不会产生温室气体，可以很大程度上缓解全球变暖问题，减轻空气污染程度，有利于可持续发展，改善空气质量，能够带来显著的环境效益和社会效益。随着风电在电能构成中比例逐年上升，风电并网对电能质量和保护装置的影响也从局部逐渐扩大，不得不引起人们的重视。
二、风力发电的局限性
风能虽然是一种清洁、可再生并且发展潜力巨大的新型能源，但它也有自身不可避免的缺陷，相比于水力能源的集中性和可操作性，风力发电的稳定性与之比较均逊色不少。因此稳定性，是风力发电最大的短板。所以，如果风电想要大规模并入主干电网，势必因为其自身缺陷，造成主干电网运行的不稳定。
1、风能的不稳定性
不稳定性是因风力发电过程性本质属性所决定的。风电的不稳定性主要表现为能源的不可控性、随机性、间歇性，发电机输出电力大小完全取决于风的朝向和速度。
2、风能的不可储存性
不可储存性是风能的又一局限性，因此在独立发电机组单独运行时，应配有相应的储能设备以保证发电机组持续不间断运行。
3、电厂分部位置偏远
我国的大多数的风电场都集中在西北、华北和东北地区，这些地区风能资源非常丰富，然而风力发电场所在的地理位置相对于其他发电厂而言比较偏远。
三、大规模风电并网对电力系统的影响
1、对电力系统运行稳定性的影响
风电场在大规模并入电力主网系统时，由于风力发电机组的自身出力特性，将从主网中吸纳大量无功，这将会直接降低主网电压的稳定性。因此，在风电大规模并入电力主网系统之前，必须提前调控好风电场所需要的备用额度峰值和波动值，管控好风电输入主网的功率比例，这样才可以保证其并网后，主网依然可以安全稳定运行。
目前，主要影响风力发电输出质量的是其电压存在波动和闪变。这是由于风力资源自身的不稳定性造成，再加之风力发电机组运行上的一些局限性，导致风力发电机组功率呈波动性输出的现象。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然大部分风力发电机组采用的并入电网方式都是 “软着陆”的形式，但是在机组启动初期，瞬间产生的高于正常值五至六倍的额定电流，会对主网进行冲击，在小容量的局部电网内，局部主网会因为冲击电压骤然下跌，进而导致局部主网的电压不稳定。即便在机组正常运行的状态下，机组电能输出的稳定性依然受到风速风向等不受人为控制的自然因素的制约，因此电压输出的稳定性依然会成为影响主网电压的一个不稳定因素，风力发电机组的电压会产生较大幅度的波动和闪变，增大了连接风力发电机组的公共连接点的短路率；而且在环境风速超过该风力发电机组所能承受的最大输入风速时，风力发电机组将会自动停止运行，如果在同一时段所有机组同时退出，将会直接冲击局部供电网络的稳定性。此外，谐波也是我们必须要注意的一大问题。引起谐波的原因主要分两种：一种是恒速发电机组输入主网时的电子装置软启引起的，短促可忽略不记的谐波，另一种是变速机组入网时装置瞬启动引起的谐波。对于变速机组来说，接入电网的过程是通过整流和逆变装置来完成的，于是电子装置切换带来的频率范围如控制不好，会导致与发电机组连接在一起的补充电容与电网主线路的电抗发生谐振反应，继而产生的谐波反应将会非常严重。
2、对电力系统发电计划与调度的影响
在以水电、火电为主的供电计划中，所有发电机组的正常运转和电力输出都是在稳定的电源和电压可预测的承载性的基础上进行的。但在电力系统中大规模并入风力发电场，就会受到其供电不稳定性的影响，由此而带来的不稳定性对于整个供电计划的制定和实施影响都是比较大的。因此，如果将风电场并入主干电网的整体调度计划，就必须将未来二十四小时的供电曲线全部预测出来。而且在每日计划供电过程中，还要将由超出承载量的预期变化和发电机组的非计划内异常停运等情况全部估算在内。
3、对系统备用容量的影响
风力发电机组的功率波动性是影响备用系统容量的一个重要因素，如果风电功率的波动性与总输出电网负荷相符合，就会起到自然调输电波动节峰值的作用，反之，电网输出中调峰的问题将会变得更加严峻。在风电场大规模并入供电主干网后，以总电网的可用调峰容量与用于平衡负荷波动的输入功率两者相抵，也可以对风电并网所带来的问题进行改善。
4、对保护装置的影响
由于风力发电机组的频率投切对接触器有一定的损害，因此要保证在有风期间的风力发电机组要与电网相连，当风速在起动风速附近来回变化时，要允许风力发电机组短时电动机运行，此时风电场与电网之间联络线的功率流动有时是双向的。所以风电场继电保护装置的配置和整定应该考虑到这种情况下的运行方式。在线路的有些地方，速断保护有时可能无法启动，这就形成了继电保护的死区，在死区内继电保护不能及时切除故障。而如果风电并网点就在此死区内，在不改变系统保护型式的情况下，后备过流保护是切除它的故障的唯一有效途径，这增加了故障对电网的影响，若为此而改变调节速断保护的整定值，就有可能造成速断、过流保护与其它控制装置之间无法协调，而造成系统误动作。因此，有必要针对系统所接入的风电场的结构和规模来进行准确的分析计算以确定最优的保护方式。
结束语
风能作为一种清洁、可再生的发电能源，有其非常大的发展潜力和潜在价值。在将来，风力发电势必与传统发电技术竞争并取代不可再生能源，因此其大规模并入电网需将自身的局限性持续加以完善，尽最大可能将自身局限性为电力供应系统所带来的负影响降低或者消除。本文阐述了大规模风电并网中一些影响电力系统的因素和相应应对策略，希望本文的论述可以对该课题的研究有所助益。但由于大规模将风力发电并入电网系统在全世界上尚无非常典型成功案例可考究，因此对于这个课题的研究我们还应当不断努力和深入挖掘。
参考文献
[1]罗运虎，薛禹胜.GERARDL等低电价与高赔偿2种可中断负荷的协调[J].电力系统自动化，2007，31（11）：17-21.
[2]傅旭，李海伟，李冰寒.大规模风电场并网对电网的影响及对策综述[J].陕西电力，2010（1）：53-57.
[3]董锴，易仕敏，郑钢，等.风力发电研究现状与接入系统后的影响分析[J].广东电力，2009，22（9）：17-20.
论文作者:何亮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：电网论文; 风电论文; 机组论文; 风力发电论文; 风能论文; 不稳定性论文; 电力系统论文; 《电力设备》2017年第31期论文;