风电并网对电力系统可靠性影响研究

2012-10-19内蒙古北方龙源风力发电有限责任公司杨焱洲

河南科技 2012年16期

内蒙古北方龙源风力发电有限责任公司杨焱洲

风力发电具有干净、可再生的特点，还能减轻环境污染，带来可观的经济效益和社会效益。随着风电并网的进行，研究风电并网对电力系统可靠性的研究，不管是对风电场用户还对电网部门来讲，都有必要性。

一、风力发电系统的电力模型

具有代表性的风电并网风能转化系统主要由塔架、风能的吸收以及风轮机等装置组成。风力发电的发电过程：自然界中的风吹动叶轮，由叶轮带动轮毂转动，把自然风能变成机械能，而后经过传动机构把机械能送达到发电机转子，由它带动转子转动发电，把机械能变成电能，最后把电能经过区域变电站输入电网。风力发电的过程就是能量的转换，由风能转换成机械能，再由机械能转化成电能。风能转化系统模型如图1所示。

二、风电并网对电力系统的影响

1.风电并网对电网和电压的影响。风电并网对系统的影响是对软弱系统电压稳定的问题。风力电场绝大多数都是在电网的尾端，网络构成不是很强，它的短路容纳量不高，受风速以及风力机组类型等因素的影响，一定会致使输出功率的变化以及电压的波动，进而影响电能的质量。风电场主要是影响电压的波动和电压的闪变等。电压的波动范围既和风电功率的大小及风电场的变化特点等有关。风力发电机和它连接的母线的电压很敏感，若电力系统出现波动，一旦电压系统降到低于0.85 pu，风机就会与电网脱机。但是这些问题的出现，都是瞬间的，出现扰动之后就会重新进入运行状态，随着风电并网，这对电网的影响会很大。

2.风电并网对短路电流的影响。当前主要使用的是异步发电机，当风电场进入电网以后，接入点的短路电流也会有所增加，因此，风电并网就要把对短路电流的影响考虑在内。即使短路电流减退较快，但是短路电流的初值较高。风电场并网影响着电网短路的容纳量，短路容量提高就有可能超过电网保护所能承受的范围。出现问题的时候，风电机组的保护系统应该和电网的保护装置相配合，降低对电网的不良影响。

3.风电并网对电网的影响。对异步发电机进行并网时，它的相序一定要和电网相一致而且保持转速的步速相一致，只有这样才能顺利地进行并网。在并网之前电机自身是没有电压的，异步发电机也没有励磁装置，因此，在并网时就会产生高于固定电流倍的冲击电流，几秒之后才能够进入稳定的状态。冲击电流的大小不仅和电网的电压的大小有关，还和发电机自身的暂态电抗有关，也和并网时的滑差有关。同时，冲击电流的有效值和滑差之间是成正比的关系。风电场与大电网连接时，合闸瞬间所产生的冲击电流不会对异步发电机以及电网的稳定运行有太大的影响，但是对于小容纳量的电网系统来说，它的影响就会很大，直接关系到电气设备能否正常使用，情况严重甚至会影响到整个电网的安全使用。

4.风电并网对系统调峰调频的影响。自然风的间断性决定了风电场出力具有随机波动的特点，不同于传统的火电厂具有稳定。对于电网中的常规能源来讲，既要为负荷波动留有备用，还要给风电场留出备用来衡量它的出力变化。因此，在某种程度来说，系统的调节容量对风电场的处理有一定的影响。调峰影响着风电力的波动，是由于没有把风电装入系统的机组调度规划，对于这种情况就要从较高的层次的角度对风电并网发电进行规划。

三、风电并网未来发展的展望

目前，世界上的风力发电机正朝着大型化以及智能化的方向发展。风力研究的目标就是要提高风力发电的水平并使其品质越来越好。但这一目标的实现，存在着一定的困难。提高风能的利用就要扩大风电场的规模，而其规模的扩大受电网可靠性的束缚。当前，对于风电场所使用机组的意见基本统一，也就是逐渐地用慢速机组代替恒速机组；但对于电网对风电场规模的束缚没有完善的理论为支撑。随着风电的飞速发展，对于风电的开发有着朝向海上发展的趋势。海上不仅有丰富的资源，而且不占用土地资源，受地形的影响也比较的小，有良好的运输条件，能够安装比较大的风机电组，可利用率非常高。所以，海上发电是一个不错的发展方向。

人们关注风电质量的同时也期望它的传统功率能够得到提升，以达到开发风能的目的，为了达到这一目的就要安装与之相配的设备。随着风电规模不断扩大以及输电距离的加长，电能的输出也是一个亟须解决的问题，和风电相关的高压系统的研究也在逐渐深入，并将带动与之相关的行业和领域的发展。