风力发电对电网的影响研究

王欣

摘 要：近年来我国能源需求不断增大，化石类资源的不断枯竭，从而导致的环境问题也渐渐加深，现代清洁能源风能作为可再生能源之一，在这样一个环境背景下得到了迅速发展。不可控性和间接性是风力发电的两大优势。当风力发电能有效的并入电网时，对整个电网都有很大贡献。其中风力发电对整个国家的能源贡献值也日益提高，特别是在“十三五”规划中国家政策的大力推动下，风力发电已经成为国家发展的一项战略。[1]本篇文章对电网在运行过程中有可能出现的问题进行了研究，并从风力发电的角度出发，全面分析了其主要特征。再从风力发电的特点对其接入電网后对电网的影响进行了分析。最终对问题得出了一个可靠的方案，同时构想和完善了我国风力发电的发展方向。

关键词：风力发电；电网；对策研究

随着世界化石类能源日益减少，环境问题渐渐凸显，国家对可再生能源的大力支持，风力发电在我国整个能源比例中的比重逐渐占据了主要位置。风能作为一种清洁能源，其主要具备以下几类优势：投资成本不高，持续时间长，风能资源充足等。近年来，我过风力发电得到了非常大力度的普及，不但能有效的解决我国在电能上的不足，同时还能有效的避开由于化石能源消耗所产生的环境污染，对改善雾霾和全球变暖有巨大的贡献。在我国，风力发电的商业前景非常广阔，是符合国家的可持续发展战略的。但是，大力发展风力发电会引起电网发生改变，同时还可能降低官网安全性以及可靠性。

一、风力发电的基本特征

风力发电与一般的发电场相比有共性但也有其特殊性。我国是一个幅员辽阔的国家，地形与地貌非常丰富多样，整体地势从西往东走呈现下降的趋势，平原在整个地貌中所占比例较低。由于风力发电对地貌有较高的要求，因此发电场跟用电重负荷中心相隔距离会比较远。例如在高原或山地建设风力发电场就有一定的阻碍。[2]例如在蒙古高原建设的发电场电能不是很稳定，发电量也会受到比较大的影响。与此同时，天气变化对电力的控制以及储存都会产生波动。这些不可控因素导致风力发电的电量负荷大小不能得到及时有效调整，从而电力调整难度增加了很多。再加上一些其他的阻碍因素，全年在我国可利用风能时间只有约2000h，这样的开发力度是远远不够的。

二、风力发电的接入对整个电网的影响

（1）稳定性影响；风力发电在接入电网的过程中，其发电机在合闸的一瞬间会对整个电网产生一个十分强劲的脉冲电流。这个脉冲电流在小电网中，由于电路电压急剧降低，导致接入电路的用电设备停机或者故障。

（2）对电压的影响；风力发电电场容量升高时，会引起整个系统的电压降低，使系统电压保持在低水平状态运行，无功补偿就会在一定范围内减小。此时，风力发电场得不到有效的电力支持，系统电网的无用功全需求量就会提高。产生的巨大压力会引发电压一直处于崩溃边缘，从而会触发发电机组的自我保护程序，让机组处于待机状态。风力发电在直接接入高压系统后，风力发电机的开机与停机都会对其容量引起不同程度的变化。当系统中某一位置发生断电故障时，系统中会发生蝴蝶效应，会引起并联的同值电路中等效电势与反侧电阻一系列的变化，它会反应在自动调压系统所采取的保护动作中。大风电场都由数台风电机机组构建而成的，同值电路中等效电视与反侧电阻都可以用对等的方法计算得出。当风电场的电容量，输出功率和断电位置发生移位时，自动调压喜用也会根据电流动作随之发生改变，调整过后的调压系统能满足风电场接入电路后的保护条件。[3]

我国在风力发电取得一定规模后，并入电网的电容量也在不断的增加，这对系统电网的影响也在增大。风电场在接入电网后，对系统电网无功以及电压等影响是现阶段国内外科研人员研究的核心问题，其他的影响，如对整个电力质量的影响，对电力系统的调峰影响，接入后对电力系统稳定性影响等也是科学家们研究的重点。而风力发电场的短路电流等问题受到的关注比较小，可供参考和查询的数据可靠性也不高。在调整风电场的电力系统时，通常的做法是直接按对等容量的同步机计算或直接忽略它所产生的影响，但这种方法的误差是不可避免的，从而有必要研究风力发电机组的短路电路和其对继电器产生的影响，得到可靠的保护性调整数据。

（3）电力调度的影响；风力发电接入电网时，是处于缺少保护性状态下运行的。风力大小在改变时，整个电力系统的运行也应随之作出必要的调整，整个系统动态与风力发电的输出功率和频率要保持一致。由于接入电网的风力发电输出功率具有波动性，会导致用电质量和稳定性受到不同程度的影响。

（4）对电网经济效益的影响；相对于燃煤发电来说，风力发电对电网的影响更加显著，在我国不同地区的电用户所处位置不同，风力发电价格也随之变化。在不同种发电能源中，风力发电的价格一直处于中上水平，要比燃煤发电贵。但在燃煤资源急剧减少的背景下，我国对风力发电给与了多样的政策支持，如加大资金投入，降低税收等，在这些政策支持下，整个风力发电产业得到了迅猛发展。但还是由于风力发电的高成本，其用电价格一直保持在一个比较高的水平。外在条件也会对风力发电的机组产生影响，情况严重时会引起机组处于停机状态，而在此过程中，电网还会持续对电容量进行调整，这时系统电网在有风力电接入的条件下产生盈余。这会对风电能源造成巨大的浪费，资源得不到充分的利用。由于复杂的地形，在电场开发时没有认真的考虑各种有害因素，导致风力发电机组一直处于重启的状态，这对机组会产生巨大的损害。

三、对策和建议

（1）持续加大风力资源查询工作；为了避开风力发电中所遇到的多种不稳定因素以及由于恶劣的环境而导致机组的亚状态运行等问题，风能资源的普查工作必须得到更大力度的开展。这可以从不同地区的风电量和气相条件两个方面进行考察，从而保证风能资源的持续性和风力发电电量输出的稳定性。

（2）试点低谷电价；如果低谷电价得到推广与实施，可以在很大程度上对电力资源的运用起到促进作用，在欧美日等发达国家，低谷电价已经得到广泛的运用，也证明了低谷电价对风电市场有非常紧密的联系。[4]比如丹麦的风力发电电价就是与其他能源电价结合，使丹麦的风力资源得到了充分的利用。在我国，风力发电的规模在日益扩大，由低谷电价而引发的一系列问题也渐渐浮出水面，可以根据不同的风电用途来定制不同的风电价格。例如在北方城市，低谷风电用于冬季取暖，拟定价格时可参照风电边缘成本。

（3）完善电网配套设施；为保证顺利输送边远地区的风电资源，电网先行这个原则是要必须坚持的，当地政府与上级电企都必须重点支持和沟通。加快建设风力资源充足用户量大的地区的电网基础配套设施。及时更新风电管理调控知识，向西方先进国家汲取管理经验，制定现代化的科学的并网标准，在系统容量允许的前提下，加大对风电并网先进技术的资金投入，根据我过国情，不断积累风电并网技术。由于风电的接入对整个系统配电的短路电流都会产生影响，必须对现在的配电电网采取保护措施才能避免由于系统故障是引发的短路。

（4）加强审查力度；“十三五”实施以来，我过的风力发电机组已有一定规模，为保证系统用电的质量，我国不断颁布对风力发电的政策支持而且在电力输送环节和用电端给予了充足的物质支持与政策优惠[5-6]。但是由于我国风力发电还处于起步阶段，民众对风力发电还不是特别了解，基层缺乏引导用户用电和购电的热情，没有形成从发电、输电到用电一套完整的配套政策。因此造成了虽然风力发电商业形势看好但风电用户并无增加的现象。政府在加大制造、鼓励电企和奖励风电等措施上继续投入的同时，也要同时出台相关政策来普及民众风力用电常识，并不断审查全国风力用电情况，及时反馈给风电企业。

四、结语

“十三五”規划以来，我国风电场数量在持续增加以及单个风电场的规模也在不断增大，特别是是在风力发电技术和并网技术都得到了飞跃式的提升，政府相关部门在电力管理方式也在探索式的进步。相关电企与政府部门对电网稳定性、安全性和排查工作都有相应的应对措施，电网的智能化也得到了突破。综合考虑我国地貌环境对电网的影响，我国风力发电在持续发展。但必须指出的是，由于风风电技术迅猛发展，风电场的电容量也日益增大，而大容量的风电场电能不经处理就直接引入高压电网，这种方式会带来电流短路变化，这都会影响电网系统的稳定性，输出电能的质量、断电保护等，这些突出问题都是现阶段我国电企和政府急需解决的问题。

参考文献：

[1]杨国生，李欣，周泽昕.风电场接入对配电网继电保护的影响与对策[J].电网技术，2009（11）：87-91.

[2]朱哲.风电接入对电网的影响及对策[J].科学导报，2016（1）.

[3]李付强，刘永奇，涂少良，等.大规模风电并网对京津唐电网的影响和对策分析[C].风电场接入电网技术专题研讨会，2009：44-48.

[4]孙巍.风电接入对电网的影响及对策研究[D].山东大学，2011.

[5]黄增武，石曼华.风电接入对配电网线损的影响及对策[J].科技资讯，2011（19）：153.

[6]贾轶军.大型风电场接入对配电网继电保护的影响及对策[J].中国电业：技术版，2014（4）.