風力發(fā)電對電力系統(tǒng)運行的影響

1、    風力發(fā)電對電力系統(tǒng)運行的影響    劉婧 董舒摘要：目前全球能源消耗速度逐年遞增，大量能源的消耗，帶來十分嚴重的環(huán)境問題，如氣候變暖、生態(tài)破壞、大氣污染等，且傳統(tǒng)的化石能源儲量有限，過度的開采利用將加速其耗竭的速度。由于發(fā)電結構長期不合埋，火電所占比例過大，由此帶來了日益嚴重的燃料資源缺乏和環(huán)境污染問題。對于可再生能源的開發(fā)和利用變得頗為急切。在各種可再生能源利用中，風能具有很強的競爭力。風能發(fā)電在技術上日趨成熟，商業(yè)化應用不斷提高，是具有大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生資源。關鍵詞：風力發(fā)電;發(fā)電質量;穩(wěn)定性引言我國在可持續(xù)發(fā)展道路上，著重開發(fā)可再生

2、資源是滿足當前電力需求供應的主要渠道，風力發(fā)電便是其中之一。依據風力發(fā)電控制系統(tǒng)工作原理，風速大小變化對發(fā)電量具有一定影響，隨著風速的增加，發(fā)電量逐漸增多。雖然風速增加對發(fā)電量的提升有所幫助，但是對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成影響，本文將對此展開研究。一、風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響1.1風力發(fā)電場的規(guī)模問題目前，我國正在進行全國電網互聯，電網規(guī)模日益增大。對于接入到大電網的風電場，其容量在電網總裝機容量中占的比例很小，風電功率的注入對電網頻率影響甚微，不是制約風電場規(guī)模的主要問題。然而，風能資源豐富的地區(qū)人口稀少，負荷量小，電網結構相對薄弱，風電功率的注入改變了電網的潮流分布，對局部電網的節(jié)點電壓產生

3、較大的影響，成為制約風電場規(guī)模的重要問題。風力發(fā)電的原動力是不可控的，是否處于發(fā)電狀態(tài)以及出力的大小都決定于風速的狀況，風速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風電機組的出力也具有波動性和間歇性的特點。在現有的技術水平下風力發(fā)電還無法準確預報，因此風電基本上是不可調度的。1.2對電能質量的影響風資源的不確定性和風電機組本身的運行特性使風電機組的輸出功率是波動的，影響電網的電能質量，如電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波以及周期性電壓脈動等。電壓波動和閃變是風力發(fā)電對電網電能質量的主要負面影響之一。影響風力發(fā)電產生波動和閃變的因素有很多%隨著風速的增大，風電機組產生的電壓波動和閃變也不斷增大。并網風電機組在啟動、

4、停止和發(fā)電機切換過程中也產生電壓波動和閃變。風電機組公共連接點短路比越大，風電機組引起的電壓波動和閃變越小。另外，風電機組中的電力電子控制裝置如果設計不當，將會向電網注入諧波電流，引起電壓波形發(fā)生不可接受的畸變，并可能引發(fā)由諧振帶來的潛在問題。1.3對穩(wěn)定性的影響風力發(fā)電通常接入電網的末端，改變了配電網功率單向流動的特點，使潮流流向和分布發(fā)生改變，這在原有電網的規(guī)劃和設計時是沒有預先考慮的。因此，隨著風電注入功率的增加，風電場附近局部電網的電壓和聯絡線功率將會超出安全范圍，嚴重時會導致電壓崩潰。由于采用異步發(fā)電機，風電系統(tǒng)在向電網注入功率的同時要從電網吸收大量的無功功率。因此，為了補償風電場的

5、無功功率，每臺風力發(fā)電機都配有功率因數校正裝置，目前常用的是分組投切的并聯電容器。電容器的無功補償量的大小與接入點電壓的平方成正比，當系統(tǒng)電壓水平較低時，并聯電容器的無功補償量迅速下降，導致風電場對電網的無功需求上升，進一步惡化電壓水平，嚴重時會造成電壓崩潰。1.4對保護裝置的影響為了減少風電機組的頻繁投切對接觸器的損害，在有風期間風電機組都保持與電網相連，當風速在起動風速附近變化時，允許風電機組短時電動機運行，因此風電場與電網之間聯絡線的功率流向有時是雙向的。因此，風電場繼電保護裝置的配置和整定應充分考慮到這種運行方式。異步發(fā)電機在發(fā)生近距離三相短路故障時不能提供持續(xù)的故障電流，在不對稱故障

6、時提供的短路電流也非常有限。因此風電場保護的技術困難是如何根據有限的故障電流來檢測故障的發(fā)生，使保護裝置準確而快速地動作。另一方面，盡管風力發(fā)電提供的故障電流非常有限，但也有可能會影響現有配電網絡保護裝置的正確運行，這在最初的配電網保護配置和整定時是沒有考慮到的。二、風力發(fā)電對電網影響的解決措施2.1風力發(fā)電規(guī)模的科學設計為了有效解決風力發(fā)電規(guī)模的問題，需要采取相應的措施，解決面臨的問題，目前國內外對于風力發(fā)電規(guī)模的研究，首先基本上依據風電穿透功率極限與風電場短路容量比這兩個指標來判斷風力發(fā)電規(guī)模的大小。在風電穿透功率極限這個概念中，需要注意風電穿透功率與風電場裝機容量和系統(tǒng)總負荷有關，兩者之

7、間的比例就能確定風電穿透功率的大小，而風電穿透功率極限，就是風電穿透功率的最大值，反映出最大的風電場裝機容量。在具體的分析過程中，該區(qū)域常年的風源，在風輪高度上的年平均風速應不小于6/每秒，就可以建設風力發(fā)電設施。2.2增強電能質量為了有效提高風電系統(tǒng)并網后的電網供電質量，需要采取有效地措施改善電網結構。并網過后的連接點短路比和電網線路是影響風電系統(tǒng)電壓和閃變的重要因素，其中公共連接點短路比與風電系統(tǒng)的電壓波動以及閃變成反比，短路比越大，電壓的波動和閃變就會越小。同時，安裝合適的電網線路也可以有效降低電壓波動和閃變。當然也可以使用電子裝置，降低風電場并網過程對電網造成的影響。2.3提高電網的穩(wěn)

8、定性對于提升整個電網的穩(wěn)定性，首先需要通過計算風速和負荷變化對風電場輸出有功功率和無功功率影響，然后安裝分組投切電容器，但是這種電容器不能對連續(xù)波動的電壓進行有效調節(jié)，還需要安裝靜止無功補償器，這種設備可以有效調節(jié)無功補償功率的大小，并且針對連續(xù)性的電壓波動，提供相應的電壓支持，提升整個系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性。其次，還需要安裝超導儲能裝置（smes），這種裝置能量密度高，而且可以快速吞吐有功功率。利用gto的雙橋結構換流裝置，smes可以在四象限靈活地調節(jié)有功和無功功率，為系統(tǒng)功率不足的地方提供補償。這樣就可以降低輸出功率的波動，使得電壓得到穩(wěn)定，提高了電網的穩(wěn)定性。2.4保護裝置的設計目前對于保護裝置的設計，首先在安裝方面都是從終端變電站安裝和整定。其次在具體的過程中，主要是通過孤島保護、低壓保護等措施來對于發(fā)生故障的風電機組進行逐一排除，斷開與電網的聯系，等恢復正常以后，繼續(xù)連接使用。最后，就是由于風力發(fā)電的規(guī)模越來越大，可能這種裝置的功效的穩(wěn)定性就會受到較大的影響，不一定能及時發(fā)揮作用。三、結束語風力發(fā)電作為一種綠色能源有著改善能源結構。經濟環(huán)保等方面的優(yōu)勢。也是未來能源電力發(fā)展的一個趨勢。但風力發(fā)電技術要具備與傳統(tǒng)發(fā)電技術相當的競爭力。還需進一步改善其并網性能