风电场并网对电网电能质量的影响探析

刘世增 刘秉南 何桐波 杨扬 莫一凡

摘 要：本文的主要目的是针对风电场并网对电网电能质量的影响进行简要的探究分析，并且降低风电场并网影响系数，改善电网电能质量，提高电网运行的稳定性，促使风电场能为我国电力企业发展做出贡献。

关键词：风电场并网;电网;电能质量

在大型风力发电设备运行的过程中，风力会通过轮叶持续带动轮毂进行旋转运动，其持续由风能转化成为机械动能。然后通过风力发电机将其机械动能在转化成为电能。通过转换器接入电网，最终实现对于电网的电力输送。但是在风电场并网后会对电网电能质量带来一定的影响，需要针对其影响内容进行分析，并且找到最终的影响因素。

一、风电场并网对电网电能质量所造成的具体影响

根据我国对于风电场并网电能质量的影响分析，能发现其受到风力大小的影响非常明显，其中含有各种不同的因素，比如说电网系统布局、风能分布等，但是风力的大小仍旧成为风电场并网对电网电能质量而言最重要的因素之一，如果在这一阶段下，电网的电能仍旧是不稳定的输出，其对电网电能质量而言也不容忽视，其中具体体现在以下几个不同的方面。

（一）对电网的冲击

从目前发展的实际状况进行分析，电网运行期间，使用频率最高的发电设备是异步电机，并且异步电机在并网操作期间会产生额定电流，在8～6倍的冲击电流中，其经过了几百毫秒或者是几秒后才能够趋稳定的状态，如果该电厂的并网容量较大，则可以对于冲击电流处于忽略状态，因为冲击电流并不会对电网的整体运行稳定带来过大的负面影响，但是如果该风电场并网处于容量较小的状态中，则所形成的冲击电流则会对电网电压带来非常负面的影响，容易引起电网电压的骤停，甚至给其他设备的正常使用带来不利影响。从目前我国风电场并网对于电能电网质量的影响状态进行分析，我国多数并网型风电场机，即普遍具有发电规模较大这一运行特征，风电场在并网运行的过程中，其所接入的电网需要输出大量的电能，从而不断地加大了并网型电网电能的输出功率，其本身走向的是输出功率高，并且波动性较为明显的运行特征，也就是所谓的风电场。对风电场的影响系数、风电场在输出电能时，其自身所带来的输出功率浮动波度相对较大。为此，由于其浮动波度的变化，电网受到的影响同样会越来越明显，其中最为明显的就是频率系数。基于这一种情况，应考虑到电网本身会受到电能输出功率所带来的正面影响和负面影响，但是其所带来的幅度变化并不会完全改变电网自身在运行时的频率，也就是说风电场输出电能的功率幅度改变是电网发生变化的最基本诱因。虽然会引发一系列的连锁反应，但是其最终并不会对电网带来过大的影响，其一系列连锁反应包括了电压降低、部分低压传统型机组出现停机等问题，其最终带来的后果是电网自身的运行稳定性在不断下降，其频率也在下降，而导致风减小，其中包括了风速降低，风力减小等，电网自身在运行时的稳定性也会受到负面影响。

（二）影响电网频率与电压波动、闪变

通过对目前我国大部分风电场在运行过程中的状态进行分析，得出一个较为明显的特征，就是电能的输出功率不够稳定。进而导致各风电发电组在整体运行中，其电能的功率出现了一定的波动，该波动幅度较大，如果在情节严重时，可能会产生一系列的连锁反应。比如说常见的由于电能功率出现波动而影响到了机动机端电压或者是并网点电压进而导致两个不同地区的电压出现波动而产生了电网闪变现象。由于电网的电压值本身是一个相对的稳定值，但当风电输出功率出现波动时，就会导致极端的电压和并网的电压同时产生波动，其波动的状态较为明显，甚至十分容易导致电能的输出功率存在问题，其输出功率的波动幅度同样得到提升，闪电出现的征兆也会更为明显。在发现这一问题时，维修管理人员应了解到这是风电场并网对电网电能质量影响的最重要的内容之一。在整个风力发电机组运行的过程中，其受到了多个不同方面因素的影响，比如常见的有风剪切、塔影效应等，这些都会导致电网的电压稳定性在逐步下降，在情节严重时还有可能会出現叶轮稳定性下降等问题，风力发电机组的输出功率其大幅度波动等，而输出功率的波动幅度也会随着川流强度不断提升，进而展现出相对较为明显的加大现象，由此能得到两个不同的结论分别是：第一，当前风电场并网之所以会对电能电压产生质量影响，是由于大多数的风电场都存在着一个问题，就是机短路容量小，并且会分布在电网尾端。第二，由于在风电场运行的整个过程中，其外界因素是人为无法控制的，变化程度无法在短时间内对其进行确定，甚至出现了电网电压的稳定性在逐步下降等一系列的波动，直接降低了电网电能在使用的质量。

（三）对谐波产生影响

风电场并网对电网电能质量所造成的具体影响不仅包括了电网频率与电压波动、闪变等，还有可能会对谐波产生影响。在多数情况下，电网中的谐波是由铁磁饱和设备、电弧设备以及电子开关设备等不同的内容共同组合而成。如果仅仅以风电机组的角度进行分析，风电场并网对发电机自身所产生的谐波影响直接选择忽略不计，其原因是谐波电流的真正来源是风电机组中的电力电子元件。但是不仅要考虑到这种谐波电流，其所需要考虑到的内容较多，其中还包括了定速风电机组来说，对该机组而言，其整个的使用过程中，并不存在电力电子元件设备，那么则可以证明，在整个风电机组在运行的过程中，就不会产生谐波，在这一阶段想要直接提高电网运行中的稳定性，首先要考虑的内容就是要求，工作人员直接将并网装置安装在其中，最终的目的是方便在后期工作的过程中能产生谐波电流，确保电网使用的稳定性和安全性，符合我国对电力企业的相关要求。

二、降低风电场并网影响系数、改善电网电能质量的有效措施

（一）应用改善无功补偿技术

目前我国大部分的风电场工作时，所选择的异步电机设备都是感性元件，但是感性元件在使用时存在其独有的制约性，也就是无法在无功功率的情况下支持运营。想让电网电能质量以及电网的运行稳定性得到充足的保障，首先要考虑到的就是我国当前电网发展的实际状况，比如说各地区不同的电网接入点、各地区的电压数值等，可以适当的选择无功功率补偿量，并且考虑到电网电能的整体质量以及风电场并网等一系列的影响系数。在面对这些问题时需要具体的考虑到如何选择相应的措施对该问题进行解决。通过以下几个不同的方式提高风电网接入电厂的整体使用质量，并且确保电厂的平稳：第一，在风电场可以建立超导磁储能系统，在建立该系统后，配备与其型号相当的动态无功补偿装置，使用该无功补偿装置可以时时刻刻地了解到在不同地区的电网实际状况，能够随时随地的进行无功补偿装置的调节，同时制定最为合理的、恰当的无功补偿量，其最终的目的是实现对整个电网电压的有效控制，也能够确保风电场的出口处其电压的稳定性，完全满足风电场出口处的装置净输出使用效果，也能够展现出调节功率、降低输电功率，实现动态的波动系统的使用质量。

（二）做好风电场发电预测工作

从当前对所有的风电场在运行时的状态进行分析时，能发现风电场运行的质量与风能的大小、风速、风力有着非常密切的关系，直接决定了风电厂自身输出电能的能力以及输出电能的功率、电网在运行时的质量。为此，在整个风电场进行经营管理的过程中，一定要考虑到采取多项管理措施与预测技术进行工作与学习，在风电场运行的过程中。要求其具有周期性，能够对后续一段时间内的风能大小进行准确的预测，才能够确保在后期开展风力发电机组调度工作时，其预测的质量得到提升，也能够根据问题制定出最有效地预防和解决措施。达成规避电网的冲击或者是由于第二波动而导致的风电场发电预测工作质量在逐步下降的目的。

（三）轻型直流输电连接电网的使用

近几年我国的风力发电速度越来越快，整体的技术手段也有着非常明显的變化，风力发电的前景可以说是非常良好。特别是随着资源节约型社会的建设，人们利用风能来获取电能的频率越来越高，其所带来的不仅仅是环境保护，同时也能提高资源的整体利用效率，所展现出的输出功率以以及波动对于电网电能质量而言则会带来一定的负面影响，要求所有的工作人员能够在日常的工作中提高对风电场发电设备的管理认知。多数情况下想要提高电网电能的整体质量，可以应用轻直流输电连接技术。所谓轻直流输电连接技术，主要是以PWN作为基础的电压源换流器，其技术手段极其普遍，具有较强的直流输电性能，在风电场并网运行的整体过程中，由于该技术的出现能够顺利地解决由于电源分散而出现的输电走廊问题，其本身具有非常高的自我调节控制能力，满足当前我国风电场并网后对电网电能质量带来的负面影响，同时连接电网的使用。除此之外，决定了风电场并网运行效率的主要因素是风速。随着各种不同的技术手段在不断地进行创新与完善，当前在进行风速的预测过程中，其预测的质量也会进一步的得到提升，能够帮助我国电网的工作人员在最短时间内得到最准确的风力发电性能数值，并且让电网更加灵活地容纳更多风电场。在此基础之上，作为电网的工作人员还需要了解到，如何不断增强风电场本身的优化控制能力，确保风电场能够逐步向着最初的普通发电机性能，以便于其在开展调度工作中其调度工作质量得到显著的提升，满足现阶段电网系统在运行时的安全、稳定这一要求。

三、结语

综上所述，在当前分析风电场并网对于电网电能质量影响的过程中，一定要考虑到之所以选择利用风力发电，是由于风力发电所带来的能源，是环保的、无污染的自然能源。要求工作人员认知在风电场发电设备管理的过程中如何提高管理的整体效果，并且对其内容进行有效的优化和调整，最大限度地确保风电场的容纳能力能够得到提升，在风电场并网运行的过程中也会出现一系列负面影响，需要对其内容进行进一步的分析，并且根据现阶段的技术提出相应的改变方式。

参考文献：

[1]邹京希，秦汉，刘东，曹敏，李维.考虑频率约束下提升风储联合发电系统可靠性的储能系统控制策略[J].供用电，2020，37（02）：73-78.

[2]潘翀.风电场并网对电网电能质量的影响分析[J].中国设备工程，2018（19）：186-187.

作者简介：刘世增（1988— ），男，汉族，云省大理人，本科，工程师，研究方向：风电场并网。