风电新能源发展和并网技术探讨

秦雪辉

摘要：现代社会人们的环保意识越来越强，且人们越来越重视清洁能源的开发、利用。而风力发电作为一种十分环保、节能的发电方式，其可以为现代人们的日常生产、生活带来良好的社会效益、环境效益。科学利用风力发电对于我国经济社会可持续发展有重要意义，下面本文就风电新能源发展和并网技术进行了分析探讨。

关键词：风电新能源；发展；并网技术

中图分类号：F407文献标识码： A

引言

风电能源的最明显缺点是不稳定，当风电场容量小时的情况下，风力发电的特点不会对整个电力系统造成明显的不良影响，但是随着风电场容量的增大，其对电力系统会产生明显的不良影响。但不可否认的是风电新能源的确为现代人们的日常生活带来了良好的经济效益、环保效益，只要不断发现、解决遇到的问题，相信风电并网技术在未来将得到更广泛的应用。

一、风电新能源的特点

1、风能能量密度较小，导致为了获得同等发电容量，风力发电机的风轮尺寸要大出水轮机几十倍。且风轮机的效率很低，从理论上看其最大效率为59.2%，但是实际应用中水平轴风轮机最大效率一般为（20-50）%左右，垂直轴风轮机最大效率约为（30-40）%。

2、风能稳定性差。由于风能是一种过程性能源，风向、风速常常变化莫测，具有间歇性、随机性的特点，且风力发电机不易调控出力，故通过风电机组发出的电能有一定的波动性。

3、风电场分布在偏远地带。当前我国风资源丰富的地区通常离负荷中心远，电网网架结构薄弱，以至于当地电网的输电功能不利于风电输送。在未来开发风电的情况下，必须建设与之相匹配的风电输送工程，进一步强化电网建设。

4、风能不便于大量储存，蓄电成本要高出发电成本一大截，整个电网系统基本不具备蓄电能力，通常是以输出电量为前提条件调节收纳电量。并且电网具有不可调度性，因为风能的不可控特点，以至于不能依照负荷大小合理调节风力风电，这对电网调度带来一定的压力，很多风电机组无人值守。

二、电网受风电发展的影响

1、影响电能质量

以前风电单机容量很小，并且绝大部分都是采用并网方便以及结构简单的异步发电机用以和配电网直接相连。但由于风电场常常位于供电网络末端，其配电网电压低、结构松散、承受冲击能力差，电压低。所以，风电极有可能造成配电网出现谐波污染和电压闪变的情况。

2、系统稳定性不好

在三相短路故障、线路开断、风速扰动、发电机开断的状况下，系统频率与电压极易产生大幅度波动。

2.1 电压稳定性

当电力系统里面有大量风电场被接入之时，导致电压出现不稳定状况最主要的原因就在于风电场需要无功功率。目前，绝大部分风力发电会采用异步发电机，同时由外部系统为之提供无功功率支撑。而在风电场容量比较大，而无功功率呈现控制力不足的状况之时，容易对电压稳定性产生影响。

一方面，风电场的有功功率使负荷极限功率增大，从而使静态电压的稳定性得到加强；二来，无功功率需求又会导致负荷极限功率下降，进而使静态电压稳定性能降低。由于大部分风电场都会采用异步发电机，因此当在电网里面注入功率时，变速恒频风电系统会由电网内部来对无功功率进行吸收，所以风电场便极有可能引发电压崩溃或电压稳定性下降。然而，如果提供的系统无功功率非常多，那么也可将之视为风电场并网可以让系统静态电压稳定性增强。也就是说，风电并网会对电网静态电压形成双重影响，这与风力发电机的运行点还有着密切的关系。

2.2 频率的稳定性

事实上，系统频率受风电场的影响最主要由系统容量里面风电场所占比例来决定。在系统风电容量占据较大比例之时，其输出功率的波动性会对电网频率产生一定的影响，对电网电能的质量形成一定影响。如此一来，便需电网中其他机组频率具备很强的响应能力，能展开相应的跟踪调节，从而对频率的波动形成抑制作用。由于风电不稳定，在风电失去出力之后，便会造成电网频率减小，尤其是当风电占据较大比重之时，会对系统频率的稳定性产生影响。要想使此影响消除最主要的方法便是选取优化调度运行形势和提升系统备用容量。因为大型电网其调节能力与备用容量非常充足，无需考虑风电进入影响频率稳定性。但对小型电网来说，便不能不考虑风电对稳定性以及频率偏移所造成的影响。

3、影响电网调度及其规划

由于风能存在不可控的性质，因而不能对其进行可靠的预测。在风电场并网之后，可用调峰容量将备用容量减去，剩下的容量便可用来进行风电调峰，但要是用于风电调峰容量很有限，便会对风电场的实际运行起到限制作用，在电网不能将风电场功率波动予以完全平衡之时，一定要对风力发电的注入电网功率进行限制。所以，在对发电计划进行安排实施，一定要对系统的调频与调峰进行分析，此时系统的旋转备用除了需要与调频、调峰彼此相符以外，还需和风电机组出力波动对负荷平衡构成影响相符。

风电场建设不但与发电机组类型、装机容量、布置有关，还与电网规划以及风电传输等问题相关。在将风电场引入之后，由于风电存在随机性和不确定性，不但会使运行成本和电网投资产生改变，同时还会造成供需平衡关系产生改变。风电利用的小时数较为低，通常情况下，一个好机组可达到大约每年二千五百小时，因此相比于火电电网的投资效益，效益更好的是风电投资。因为风电具备间隙性的特点，从而形成超出范围的危害，还有就是风电最优装机比例问题等。所以，一定要对接入电网之后的风电场进行规划，也就是风电场建设必须和电网建设同步发展，从而展开大电网的配套建设。

三、风电并网性能的改善对策

1、确定最大承受注入功率与潮流量

针对风力发电分布、风速的随机性特点，为了促使风能可以在人们的掌控之下，需要在设计风电场的过程中确定一个风电最大的承受注入功率，进一步提升风力发电的可靠性，提高发电效率。同时针对风力发电时潮流量导致的各种问题，必须拥有一个确定数值，继而需要在设计方案的过程中落实这一情况，在落实过程中对于不同地区、环境及因素需要采取合适的超流量。

2、优化保护装置

针对风电机组设备在运行过程中出现的各种问题，损耗了风力发电效率，可以对风电机组的相关设备采取必要的保护措施。即优化原来的保护装置，同时改进技术，进一步提高发电量。可以采用动态无功补偿，以改善系统暂态特点，提高风电场的安全容量，但注意动态无功补偿装置的容量设计是以电网结构、SVC调节特点及风电场容量确定的。强化电网结构，提高负荷功率因数也会提升系统的暂态稳定性及风场安全容量。此外，低电压自动切除风电机组，可有效调控系统发生故障后维护电网稳定，但此时要注意电网的调控能力，如果有必要也可采用直流接入电网方式。

3、设计控制装置，确保电压与系统的稳定性

风电组对风力发电的质量起着关键性作用，故需要设计出更科学的电子控制装置，以解决风力发电特点的缺陷。同时，针对风电场规模扩大、异步发电机导致的电压崩溃问题，需要在风力发电设备装置中采取相应的稳定措施，确保风力发电可以顺利实施。电压与电力系统的稳定性得到提高，相应地风力发电的有效性也会随之提高。

结束语

文章就电力系统受大规模风电并网影响的因素进行了讨论与总结，通过对这些因素加以了解能确保大型风电并网的安全运行。对风电场并网技术加以研究，能帮助把风电发展中遇到的问题加以解决，从而对风电产业的发展产生一定的推动，进而满足国家能源结构变化的需求。

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