汪新浩　林琛林

【摘 要】隨著風電裝機容量滲透率以及風電跨區(qū)消納比的逐漸提高，風電接入電網(wǎng)所造成的影響逐漸凸顯。本文從兩個方面對其影響進行了闡述，重點對電網(wǎng)穩(wěn)定性中的暫態(tài)穩(wěn)定性和LVRT問題以及電能質(zhì)量中的五個參數(shù)進行了討論。針對存在的問題，本文給出了四條對策，為風電與電網(wǎng)的健康、協(xié)同、有序的發(fā)展提供參考。

【關(guān)鍵詞】風電 電網(wǎng) 暫態(tài)穩(wěn)定

1 引言

當今，常規(guī)能源日益枯竭，同時，使用常規(guī)能源發(fā)電還造成了環(huán)境問題。由于風能是可再生的清潔能源之一，因此，把風能用于發(fā)電在各國都得到了迅猛的發(fā)展[1]。截至2013年，我國風電裝機容量世界第一，達到53MW。并據(jù)相關(guān)研究顯示，到2020年，我國風電裝機容量滲透率以及風電跨區(qū)消納比將分別達到20%和50%[2]。隨著風電滲透率的不斷增加，將會有更多的風電接入電網(wǎng)，從而對電網(wǎng)的運行與發(fā)展產(chǎn)生許多的影響，比如電網(wǎng)的穩(wěn)定性、電能質(zhì)量、調(diào)峰等。

2 影響分析

風力的大小決定著風電機組的輸出電量，而風力的隨機波動會造成電機組的輸出電量的隨機波動。當越來越多的風電接入到電網(wǎng)后，其對電網(wǎng)的影響日益凸顯。本節(jié)將從電網(wǎng)穩(wěn)定性與電能質(zhì)量兩個方面展開分析。

2.1 電網(wǎng)穩(wěn)定性

電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。風電接入電網(wǎng)將改變現(xiàn)有電網(wǎng)的潮流分布、系統(tǒng)慣量以及線路傳輸功率，從而干擾了電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。當區(qū)域電網(wǎng)的魯棒性較強時，既使系統(tǒng)出現(xiàn)故障，風電機組也能夠在系統(tǒng)恢復后及時重建機端電壓并正常工作，從而保證了電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。如果區(qū)域電網(wǎng)的魯棒性較差，風電機組不能在系統(tǒng)恢復后及時地恢復機端電壓，那么區(qū)域電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性將遭到破壞，在此情況下，可以把風電機組從電網(wǎng)中切除或者使用動態(tài)無功補償裝置來確保電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

風電機組的LVRT（Low Voltage Ride Through，低電壓穿越）問題[3]。LVRT為：從風電并網(wǎng)電壓下降到電網(wǎng)電壓恢復這段時間內(nèi)，風電機組仍可以保持并網(wǎng)狀態(tài)，甚至還可以向電網(wǎng)提供部分的無功功率，從而實現(xiàn)了低電壓時間的穿越。當風電所占比例較大時，如果風電機組仍使用被動保護解列的保護模式，不僅會提升系統(tǒng)的恢復難度，甚至會導致區(qū)域電網(wǎng)電壓的崩潰以及系統(tǒng)內(nèi)其它機組的瓦解，在這種情況下，就要求風電機組具有一定的LVRT能力，以確保區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

2.2 電能質(zhì)量

電網(wǎng)的電能質(zhì)量也會受到風電并網(wǎng)的影響。主要表現(xiàn)在對頻率、諧波、電壓、閃變等方面，而影響程度是與風電場布置、線路參數(shù)、風電機組的類型等因素有關(guān)。

（1）頻率。與常規(guī)能源相比，風電的輸出功率具有間歇性的特點。那么當間歇性的風電接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)需要不停地調(diào)整電力潮流。這樣除了會影響電網(wǎng)的電壓以外，還會對系統(tǒng)的頻率特性產(chǎn)生影響。當風電的裝機容量達到一定比例后，必須采取一定的頻率控制手段，以增加總的調(diào)頻容量，實現(xiàn)系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。（2）諧波。電網(wǎng)中諧波產(chǎn)生的主要來源是功率變換器。風電機組所包含的功率變換器產(chǎn)生的諧波將會對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，而干擾的程度不僅與濾波器結(jié)構(gòu)以及變換器的構(gòu)造相關(guān)的，還與風電的裝機容量、電網(wǎng)的短路容量等相關(guān)。（3）電壓波動。風速的波動會造成風電輸出功率的波動，而這種波動會造成電網(wǎng)中的某些節(jié)點電壓的波動，如果波動比較大時，電壓的偏差值將超過國家的允許值，從而嚴重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。（4）電壓降落。當風電接入電網(wǎng)以后，風電機組的突然啟動將會造成電網(wǎng)電壓降落，尤其以固定轉(zhuǎn)速風電機組最為明顯。此外，風的變化也會帶來電網(wǎng)電壓降落。（5）閃變。風電接入電網(wǎng)還帶了閃變問題。而閃變問題的根源是風電機組輸出功率的不停變化。輸出功率的變化范圍不僅與風況以及湍流強度有關(guān)，還與塔應效應、風力機的轉(zhuǎn)速等相關(guān)。

3 對策研究

針對上述的不良影響，同時立足我國實際，本文給出以下四點對策。

（1）加大研發(fā)投入，提升風機性能，完善產(chǎn)業(yè)標準。風機性能的提升是解決風電并網(wǎng)不良影響的有效途徑。為此，必須加大風電產(chǎn)業(yè)的研發(fā)投入，提升核心零部件的性能指標，以改善其LVRT能力以及功率調(diào)節(jié)能力。（2）優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，加快新能源發(fā)展，提升電網(wǎng)的風電消納能力。立足現(xiàn)有電源結(jié)構(gòu)，加大常規(guī)電源的改造，充分發(fā)揮其調(diào)峰能力與調(diào)峰優(yōu)勢。同時，加快新能源發(fā)展，開發(fā)并推廣高效可靠的蓄能技術(shù)，逐步地提升電網(wǎng)的風電消納能力，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的魯棒性的增強。（3）加強區(qū)域互聯(lián)，優(yōu)化跨區(qū)配置。加強區(qū)域互聯(lián)建設(shè)能夠更好地整合全網(wǎng)資源，同時，通過跨區(qū)配置優(yōu)化，使得電網(wǎng)能夠消納更多的風電，從而促進風電的健康發(fā)展。（4）合理規(guī)劃，統(tǒng)籌發(fā)展。為了確保風電的有序發(fā)展，必須對風電開發(fā)與電網(wǎng)建設(shè)進行統(tǒng)一規(guī)劃，實現(xiàn)風電發(fā)展以及配套工程的同步，做到同步投產(chǎn)同步收益，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的健康有序發(fā)展。

4 結(jié)語

本文首先從電網(wǎng)穩(wěn)定性與電能質(zhì)量兩個方面對風電接入電網(wǎng)所造成的影響進行分析，重點對電網(wǎng)穩(wěn)定性中的暫態(tài)穩(wěn)定性和低電壓穿越問題以及電能質(zhì)量中的頻率、諧波、電壓波動、電壓降落和閃變進行了討論。針對存在的問題，本文給出了加大研發(fā)投入，提升風機性能，完善產(chǎn)業(yè)標準；優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，加快新能源發(fā)展，提升電網(wǎng)的風電消納能力；加強區(qū)域互聯(lián)，優(yōu)化跨區(qū)配置；合理規(guī)劃，統(tǒng)籌發(fā)展四條對策，從而為風電與電網(wǎng)的健康、協(xié)同、有序的發(fā)展提供參考。

參考文獻：

[1]European Wind Energy Association. Wind energy-the facts： a guide to the technology， economics and future of wind power[M]. Routledge， 2012.

[2]Council G W E. Global wind energy outlook 2012[J]. GWEC， 2012， 5（5）：13-19.

[3]Zhang X， ZHANG L， YANG S， et al. Low Voltage Ride-through Technologies in Wind Turbine Generation [J]. Proceedings of the Chinese Society of Universities for Electric Power System and its Automation， 2008， 2（3）： 1-12.