[摘要]：由于風電場是一種依賴于自然能源的分散電源，同時目前大多采用恒速恒頻異步風力發(fā)電系統(tǒng)，其并網(wǎng)運行降低了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質量。著眼于并網(wǎng)風電場與電網(wǎng)之間的相互影響，特別是對系統(tǒng)穩(wěn)定性以及電能質量的影響，對大型風電場并網(wǎng)運行中的一些基礎性的技術問題進行了研究。
??????? [關鍵詞]:風電場；并網(wǎng)；現(xiàn)狀分析。
??????? 一、引言
??????? 風力發(fā)電作為一種重要的可再生能源形式，越來越受到人們的廣泛關注,并網(wǎng)型風力發(fā)電以其獨特的能源、環(huán)保優(yōu)勢和規(guī)?；б?，得到長足發(fā)展,隨著風電設備制造技術的日益成熟和風電價格的逐步降低，近些年來，無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家都在大力發(fā)展風力發(fā)電。
??????? 風力發(fā)電之所以在全世界范圍獲得快速發(fā)展，除了能源和環(huán)保方面的優(yōu)勢外，還因為風電場本身所具有的獨特優(yōu)點：(1)風能資源豐富，屬于清潔的可再生能源；(2)施工周期短，實際占地少，對土地要求低；(3)投資少，投資靈活，投資回收快；(4)風電場運行簡單，風力發(fā)電具有經(jīng)濟性；(5)風力發(fā)電技術相對成熟。
??????? 自20世紀80年代以來，大、中型風電場并網(wǎng)容量發(fā)展最為迅猛，對常規(guī)電力系統(tǒng)運行造成的影響逐步明顯和加大,隨著風電場規(guī)模的不斷擴大，風電特性對電網(wǎng)的負面影響愈加顯著，成為制約風電場建設規(guī)模的嚴重障礙。因此深入研究風電場與電網(wǎng)的相互作用成為進一步開發(fā)風電所迫切要求解決的問題。其局限性主要表現(xiàn)在：(1)風能的能量密度小且不穩(wěn)定，不能大量儲存；(2)風輪機的效率較低；(3)對生態(tài)環(huán)境有影響，產(chǎn)生機械和電磁噪聲；(4)接入電網(wǎng)時，對電網(wǎng)有負面影響。
??????? 二、我國風力發(fā)電裝機容量現(xiàn)狀
??????? 根據(jù)中國風能協(xié)會發(fā)布《2012年中國風電裝機容量統(tǒng)計》報告中數(shù)據(jù)顯示，2012年，中國（不包括臺灣地區(qū)）新增安裝風電機組7872臺，裝機容量12960MW，同比下降26.5%；累計安裝風電機組53764臺，裝機容量75324.2MW，同比增長20.8%。
??????? 2001-2012 年中國新增及累計風電裝機容量區(qū)域裝機情況圖（引自《2012年中國風電裝機容量統(tǒng)計》）
??????? 2006-2012 年中國各區(qū)域累計風電裝機容量圖（引自《2012年中國風電裝機容量統(tǒng)計》）
??????? 三、風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響
??????? 風力發(fā)電是一種特殊的電力，它以自然風為原動力，風資源的隨機性和間歇性決定了風電機組的輸出特性也是波動和間歇的。作為發(fā)電機構的異步發(fā)電機在發(fā)出有功功率的同時，需要從系統(tǒng)吸收無功功率，且無功需求隨有功輸出的變化而變化。當風電場的容量較小時，這些特性對電力系統(tǒng)的影響并不顯著，但隨著風電場容量在系統(tǒng)中所占比例的增加，風電場對電力系統(tǒng)的影響會越來越顯著。本文主要從以下幾個方面討論并網(wǎng)風電場對電力系統(tǒng)的影響，包括并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊、對電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)穩(wěn)定性、電能質量以及繼電保護的影響。
??????? 1、并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊
??????? 異步電機作為發(fā)電機運行時，沒有獨立的勵磁裝置，并網(wǎng)前發(fā)電機本身沒有電壓，因此并網(wǎng)時必然伴隨一個過渡過程。直接并網(wǎng)時，流過5～8倍額定電流的沖擊電流，一般經(jīng)過幾百毫秒后轉入穩(wěn)態(tài)。異步發(fā)電機并網(wǎng)時沖擊電流的大小，與并網(wǎng)時網(wǎng)絡電壓的大小、發(fā)電機的暫態(tài)電抗以及并網(wǎng)時的滑差有關?；钤酱螅瑒t交流暫態(tài)衰減時間越長，并網(wǎng)時沖擊電流有效值也就越大。風力發(fā)電機組與大電網(wǎng)并聯(lián)時，合閘瞬間的沖擊電流對發(fā)電機及電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行不會有太大影響。但對小容量電網(wǎng)而言，風電場并網(wǎng)瞬間將會造成電網(wǎng)電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一電網(wǎng)上的其他電器設備的正常運行，甚至會影響到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。目前可以通過加裝軟起動裝置和風機非同期并網(wǎng)來削弱沖擊電 流，但會給電網(wǎng)帶來一定的諧波污染。
??????? 2、對電網(wǎng)頻率的影響
??????? 風電場對系統(tǒng)頻率的影響取決于風電場容量占系統(tǒng)總容量的比例。當風電容量在系統(tǒng)中所占的比例較大時，其輸出功率的隨機波動性對電網(wǎng)頻率的影響顯著，影響電網(wǎng)的電能質量和一些對頻率敏感負荷的正常工作。這就要求電網(wǎng)中其他常規(guī)機組有較高的頻率響應能力，能進行跟蹤調節(jié)，抑制頻率的波動?？紤]到風電的不穩(wěn)定性，當風電由于停風或大失速而失去出力后，會使電網(wǎng)頻率降低，特別是當風電比重較大時，會影響到系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。消除該影響的主要措施是提高系統(tǒng)的備用容量和采取優(yōu)化的調度運行方式。當然，當電力系統(tǒng)較大、聯(lián)系緊密時，頻率問題不顯著。
??????? 3、對電網(wǎng)電壓的影響
??????? 風力發(fā)電出力隨風速大小等因素而變化，同時由于風力資源分布的限制，風電場大多建設在電網(wǎng)的末端，網(wǎng)絡結構比較薄弱(短路容量較小)，因此在風電場并網(wǎng)運行時必然會影響電網(wǎng)的電壓質量和電壓穩(wěn)定性。另外，風力發(fā)電機多采用感應發(fā)電機，感應發(fā)電機的運行需要無功支持，因此并網(wǎng)運行的風力發(fā)電機對電網(wǎng)來說是一個無功負荷。為滿足風力發(fā)電場的無功需求，每臺風力發(fā)電機都配有無功補償裝置。目前常用的是分組投切電容器，其最大無功補償量是根據(jù)異步發(fā)電機在額定功率時的功率因數(shù)設計的。即在額定功率時無功補償量必須保證功率因數(shù)達到設計的額定功率因數(shù)，一般大于0．98。由于分組投切電容器不能實現(xiàn)快速連續(xù)的電壓調節(jié)，對快速的電壓變化無能為力。風力發(fā)電對電網(wǎng)電壓的影響主要有慢的(穩(wěn)態(tài))的電壓波動、快的電壓波動(1~lJ閃變)、波形畸變(1llJ諧波)、電壓不平衡(即負序電壓)、瞬態(tài)電壓波動(1~lJ電壓跌落和凹陷)等。
??????? 4、對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響
??????? 風電接入系統(tǒng)引起的穩(wěn)定問題主要是電壓穩(wěn)定問題。這是由于：???????????????????? (1)普通的無功補償方式為電容器補償，補償量與接入點電壓的平方成正比，當系統(tǒng)電壓水平降低時，無功補償量下降很多，而風電場對電網(wǎng)的無功需求反而上升，進一步惡化電壓水平，嚴重時會造成電壓崩潰，風機被迫停機；
??????? (2)在故障和操作后未發(fā)生功角失穩(wěn)的情況下，部分風電機組由于自身的低電壓保護而停機，風電場有功輸出減少，相應地系統(tǒng)失去部分無功負荷，從而導致電壓水平偏高，甚至使風電場母線電壓越限；
??????? (3)故障切除不及時，會發(fā)生暫態(tài)電壓失穩(wěn)；
??????? (4)風電場出力過高有可能降低電網(wǎng)的電壓安全裕度，容易導致電壓崩潰。總而言之，并網(wǎng)型風電場對于電網(wǎng)穩(wěn)定性的主要威脅，一方面是風速的波動性和隨機性引起風電場出力隨時問變化且難以準確預測，導致風力發(fā)電接入系統(tǒng)時潛在安全隱患；另一方面是弱電網(wǎng)中風電注入功率過高引起的電壓穩(wěn)定性降低。
??????? 5、對電能質量的影響
??????? 風電對于電力系統(tǒng)是一個干擾源。風電對電能質量的影響主要有以下三方面(前述對電壓的影響是最重要的方面)：
??????? (1)風速變化、湍流以及風力機尾流效應造成的紊流，會引起風電功率的波動和風電機組的頻繁啟停，風機的桿塔遮蔽效應使風電機組輸出功率存在周期性的脈動；
??????? (2)軟起動并網(wǎng)時，由軟起動裝置引起的各次諧波；
??????? (3)風電經(jīng)AC／DC／AC并網(wǎng)時，由于脈寬調制變換器產(chǎn)生的諧波。諧波的次數(shù)和大小與采用的變換裝置和濾波系統(tǒng)有關。