风电并网对整个电力系统运行的影响

尹潇

摘要：风力发电作为一种无污染、可再生的清洁能源，在国家能源结构的占比中逐年升高。但是，风电具有无规律且功率波动较大的性能，且受风速的影响较大，使得并入国家电网后，对整个电力系统的功率产生冲击。为缓解这一问题，对风电并网的影响进行分析，并提出优化调度控制策略和增加储能装置的措施，为今后开展风电并网方面的研究提供参考。

关键词：风力发电;电力系统;并网;功率;稳定性

1. 引言

近年来，随着国家对环境保护力度的不断增强，对清洁能源的需求逐渐升高。在能源方面加强了风力发电、水力发电和核电的比例，逐渐缩小煤炭发电的比例，虽然目前煤炭发电的总占比仍然保持着将近50%的较高水平，但是风电等新能源的规模及增幅正在快速扩大。为加快风电产业的布局，国家还实行了一系列的风电补贴政策，进一步促进了风电系统的发展的壮大。

风力发电主要集中在我国的西部和北部的省份，这些地方风能充足，人口较少，适合风力的大规模推广。目前，能源的存储技术还不成熟，风力发电产生的大量的电力不能进行有效的存储，需要通过西电东送线路传送到东部人口密集的地区。但是，风力发电产生的电能与我国的基础电能即火力发电产生的电能在功率上有所不同，导致风力发电产生的电能在并入国家电网的电力系统时容易出现震荡，风电会对整个电力系统产生冲击。为提高电力系统的稳定性，本研究对风电并网时对整个电力系统产生的影响进行分析，以期找出有效的解决方案。

2. 风电研究现状分析

风电作为一种新型的能源系统，在国家政策的扶持下，正快速发展。我国的五大发电集团和六小电力豪门企业正加速在风电领域的布局，风电在并入整个电力系统瞬间会对国家的电力系统产生较大的冲击，为提高电力系统的稳定性，国内的专家学者进行了大量的研究和分析，较为典型的分析如下：

马燕峰等[1]对风电这种新能源大规模接入国家电网的系统时整个系统的运行状态进行评估，探究并评估了风电融入整个电力系统时各类风险，并制定了相关的稳定措施。高海涛[2]为了探究风电与整个电力系统融合瞬间对电力系统的冲击，通过大数据和现场实际应用分析，得出了风电并网瞬间的系统稳定性。沈雪红[3]为了提高风电融入整个电力系统时整个电力系统的稳定性，通过自动化控制技术对其融入方式进行控制，采用了电容补偿技术，提高电压的稳定性指标，防止风力产生的电力对整个电力系统产生较大的冲击。

夏祥武等[4]对风力发电并入国家电网时的调频功能进行研究，为实现一次调频提供了可借鉴的控制系统方案。赵林果[5]通过文献综述的形式对风力发电产生的电能大规模融入国家电网时国家电网的调度方法和方式进行分析，为提高电力系统的稳定性和抗冲击能力提供解决方案。吉孝明[6]对风电的发电方式和并入国家电网的时机进行分析，以提高系统的稳定性。李现伟等[7]为了抑制风力发电产生的电能并入国家电力系统时产生的系统振荡和冲击，通过智能化控制策略和方法对风电并网系统进行优化。刘文杰等[8]对风电融入电力系统的研究现状进行分析，并对并网方式的控制策略进行优化，以减弱风电并网暂态产生的冲击和振荡。

3. 并网后电力系统分析

3.1 风电的特点

风力发电具有以下几个方面的特点：一是无污染，风力發电为清洁能源，与化石能源不同，不会产生污染，且属于可再生能源。二是规模化，风电一般集中布置在风能充足、人口较少的西部和北部地区，容易实现规模化。三是风电无规律且功率波动大，风电有风力带动叶片选择产生，风是不可控因素，使得风电无周期性规律且波动较大。

3.2 并网后系统功率

与火力发生产生的功率有很大的不同，风力发电波动较大，受风速影响较大，使得对整个电力系统功率的影响和冲击较大。火力发电产生的电能是整个电力系统的基础，而且火力发电可控、稳定，对系统冲击较小。现场试验表明：风电并网后电力系统的功率波动显著增强，且不同风速和荷载工况下，风电并网后电力系统的功率波动也各不相同。为提高风电并网后电力系统的稳定性，需要将建设的规模化风电场与现代电网相融合，以增强对风电的控制。

4. 风电并网稳定性措施

风电对电网的影响主要体现在三个方面，一是随着风电场的快速布局，风力发电的规模在快速扩大，这些不稳定的电力进入电力系统后，会对整个电力系统的功率产生冲击。二是风力发电大部分采用的异步电机，并网后受电机速度不一致或电机故障等因素的影响，风电进入电力系统后会产生六倍额定电流大小的冲击电流，造成电网波动。三是短路电流的出现，异步电机容易出现短路电流，造成电力系统功率不稳定。

为缓解风力发电对整个电力系统的冲击力度，从软件和硬件两个方面进行改善。软件方面改进控制策略对电力系统进行调节，国家电网设置调度部门对风功率进行预测，根据风电量调度火力发电的量，以火力发电作为基础，补偿风电功率的不稳定性，实现整个电力系统的功率稳定。硬件方面增加变频器和整流器，保证电压和频率稳定;增加储能装置，提高电力系统整体功率的稳定性及补偿能力。

5. 结论

针对风力发电并入国家电网时存在的问题进行分析，针对风电发电对电力系统产生的功率波动状况，提出改善控制策略和增加储能装置的方法，提高风力发电并网后整个电力系统稳定性。

参考文献

[1]马燕峰，杨小款，王子建，董凌，赵书强，蔡永青.基于风险价值的大规模风电并网电力系统运行风险评估[J].电网技术，2021，45（03）：849-855.

[2]高海涛.大规模风电并网对系统暂态稳定性的影响分析[J].科学技术创新，2021（11）：172-173.

[3]沈雪红.基于电容补偿的风电并网电压暂态稳定性控制研究[J].自动化与仪器仪表，2021（03）：169-172.

[4]夏祥武，田梦瑶.风电并网一次调频控制性能研究[J].电气传动，2021，51（05）：70-75.

[5]赵林果.大规模风电并网条件下的电力系统调度探析[J].中国设备工程，2021（04）：233-234.

[6]吉孝明.风电新能源并网技术研究[J].电子世界，2021（02）：27-28.

[7]李现伟，蒋刘兴，刘鹏，王宇轩.风电并网抑制系统振荡控制策略研究[J].科学技术创新，2020（36）：189-190.

[8]刘文杰，张万强.风电发展与并网技术探究[J].电子测试，2020（18）：104-105.