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摘要：本文针对风力电场并网后对整个电力系统可靠性、稳定性以及电能质量所发生的问题进行阐述。结合风力发电的实际特点，重点分析了风电场并网后的改善运行性能的措施。
关键词：风力发电；电网安全；风电并网；措施
一、风力发电的主要特点
受环保与能源等方面实际要求的影响，风力发电在我国呈现出快速发展的趋势。风力发电的能源可再生性与环境无污染性是其发展的内在动因，此外，风电场具有建设时间短、投资灵活等优势也促进了该类能源建设的发展。风电场建设完毕后基本实现了无人值守的运行，这也大幅降低了后期维护管理费用。风力发电的主要缺点有：风力发电会直接受到风向、风力以及地形的客观条件的影响；无法储备风能；运行效率较低且噪音较大；风力脉动会影响风电入网后的电网稳定运行。
二、风力发电接入系统时对电网的影响
（一）大型风电场并网运行的主要特征
1、风力发电机组额运行是发出有功功率的工程，但也会吸收系统的无功功率，且有功输出会影响到无功需求。
2、无人值守的风力发电机组因不能控制风能，无法分局实际负荷调度风力发电。
3、受自然条件影响，风力发电机组产生的电能具有明显的不规律波动。
4、风力电场受客观环境影响，多位于主电力系统与负荷中心较远的位置，所连接的电网能力较为薄弱。
（二）对电网频率的主要影响
影响电网频率的主要因素是风电场的容量，如期容量占系统容量比较大，其运行时的随机波动性会为电网运行带来负面影响。
（三）对电网电压的主要影响
风速、风湍流以及风机投切变化都会造成电压的闪变与波动。
（四）对电压稳定性的主要影响
由于风电场与电网间连接较差，如大容量感应型机组一旦停止运行，其产生的大量无功会给系统带来过电危害。
（五）其他影响
此外，增大的电力潮流、逆向潮流、人为调度等主客观因素也会直接影响电网的稳定运行。
三、消除风电场对电网影响的主要措施
（一）科学规划风电场的规模
为科学计算并评价风力来表述风力发电的整体规模，一般多使用风电场短路容量比与风电穿透功率极限。
1、风电场短路容量比
风电场的既有额定容量和公共连接点（电力系统与风电场间）的短路容量比值为风电场短路容量比为。接入点短路容量比可准确体现出该部位的电压与风电注入功率的实际敏感变化。当比值较小时，可证明系统可保持较强的抗风电扰动能力。该数值多用于对风电针对局部电网造成的电压稳定性与电压质量方面的实际影响程度。资料显示，3.3%～5%为欧美等发达国家的经验数据，针对电网较为薄弱的系统，其接入部位的短路容量相对较小。如满足欧美国家数据要求，则需严格控制整体风电场规模。
2、风电穿透功率极限
以电网系统正常运转为前提，其能接受最大桩基容量即为风电穿透功率。结合欧美国家相关数据可知，当风电穿透功率达提升至10％时，电网仍能安全运行。在该指标范围之内，可通过调节电力系统的容量来控制电网频率变化，使其处于安全范围之内。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆风电穿透功率极限受到多种因素的影响，例如：风电场运行特点、风电接入系统结构、系统运行方式、系统中发电设备自我调节能力等。
（二）改善电压质量的主要措施
1、改善电网结构
影响风电机组闪变与电压波动的主要因素为：电网的线路X/R比以及公共连接部位的短路容量比。为了有效抑制风力发电机组运行时引起的闪变与电压波动，通常通过合理控制线路X/R比以及适当调整公共连接点短路容量比得以实现。
2、改善并网方式
为保证风电机组平滑的实现并网，多通过将风电场并网与电网系统的额定电流控制于1.5倍之内。因此，我们多使用双向晶闸管控制的软启动装置实现并网。
3、为有效抑制闪变和电压波动，多使用补偿装置，例如：有源滤波器、静止无功补偿器、动态电压恢复器，此外，安装控制配电系统电能质量的控制器也有较好的效果。
（三）改善电压稳定性措施
1、安装无功补偿装置
由于分组投切电容器不能实现连续的电压调节，电容器的投切次数有一定的限制，其动作也有一定延时。因此，采用静止无功补偿器安装于风电场出口的方法能够有效地控制无功补偿，通过对电场节点电压的控制有效控制风电功率波动。
2、采用超导储能装置
超导储能装置具有响应速度快、转换率高等优点，其无功和有功调节能力较强。因此，该装置不仅能有效调节有功功率，还可有效的调节无功功率，此外，该设备还能分别独立控制有功和无功。这种灵活性较强的优势使其能够更好地稳定电场电压，有效控制风电场输出功率的波动范围。
（四）调整并改进保护装置
为保证风电场与电网并网的平滑，我们需考虑风力发电的故障电流，这就需要调整并改进保护装置。通常，我们依照终端变电站方案对装置进行配置、整定。当网络出现故障时，配电网能够通过切除功能实现自我保护，继而通过低电压与孤岛保护等措施达到逐台切除风电机组的目的。并且，当故障处理完毕后，系统能够自动完成并网功能。
（五）提高风电场动态特性的措施
1、提高负荷侧功率因数
为改善风场的运行条件，多以调高风电场功率因数来提升电场动态特性。
2、采用动态无功补偿
为改善电网系统的动态特征，多将动态无功功率植入电网动态过程之中。
3、发生故障后自动切除风电机组
当风电系统出现故障后，系统可通过程序切除相应的机组。并在快速隔离的暂态过程吸收电网的无功功率，达到尽快回复系统电压的目的，以此确保电网在安全平稳的状态下运行。
4、合理选择风电的并网方式
风电机组交流并网多使用控硅软并网，这样能大幅降低电网所受到的电流冲击。此外，还可通过使用电压源换流器技术来灵活调节电压和无功，这样可很好地改善交流系统的电能质量与稳定性。
5、引入增强系统
常见方法有：在FACTS系统中增设功率振荡阻尼回路、励磁机附加PSS、增设并串联补偿设备，以上系统对系统的稳定性具有较强的调控效果。
结束语：
风力发电这一绿色能源形势在经济环保与改善能源结构等方面优势明显。但风力发电自身的缺点也为风电并网带来负面影响，特别是接入能力较差的电网与风电场规模较大的情况相结合时的影响更为显著。针对实际情况，我们应采取切实可行的方法来改善并网性能，将负面影响降到最低的范围内。
参考文献
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[127]刘 鹏，董勤晓，马海超.基于自耦变压器的新型动态无功补偿装置[J].电力电容器与无功补偿，2009，30（3）.
论文作者:刘沫然
论文发表刊物:《电力技术》2016年第3期
论文发表时间:2016/7/14
标签：电网论文; 电压论文; 风电论文; 风电场论文; 系统论文; 功率论文; 风力发电论文; 《电力技术》2016年第3期论文;