风电接入电网造成的影响分析以及对策研究

风电接入电网造成的影响分析以及对策研究

【摘要】随着风电装机容量渗透率以及风电跨区消纳比的逐渐提高，风电接入电网所造成的影响逐渐凸显。本文从两个方面对其影响进行了阐述，重点对电网稳定性中的暂态稳定性和LVRT问题以及电能质量中的五个参数进行了讨论。针对存在的问题，本文给出了四条对策，为风电与电网的健康、协同、有序的发展提供参考。

【关键词】风电电网暂态稳定

1 引言

当今，常规能源日益枯竭，同时，使用常规能源发电还造成了环境问题。由于风能是可再生的清洁能源之一，因此，把风能用于发电在各国都得到了迅猛的发展[1]。截至2013年，我国风电装机容量世界第一，达到53MW。并据相关研究显示，到2020年，我国风电装机容量渗透率以及风电跨区消纳比将分别达到20%和50%[2]。随着风电渗透率的不断增加，将会有更多的风电接入电网，从而对电网的运行与发展产生许多的影响，比如电网的稳定性、电能质量、调峰等。

2 影响分析

风力的大小决定着风电机组的输出电量，而风力的随机波动会造成电机组的输出电量的随机波动。当越来越多的风

电接入到电网后，其对电网的影响日益凸显。本节将从电网稳定性与电能质量两个方面展开分析。

2.1 电网稳定性

电网的暂态稳定性。风电接入电网将改变现有电网的潮流分布、系统惯量以及线路传输功率，从而干扰了电网的暂态稳定性。当区域电网的鲁棒性较强时，既使系统出现故障，风电机组也能够在系统恢复后及时重建机端电压并正常工作，从而保证了电网的暂态稳定性。如果区域电网的鲁棒性较差，风电机组不能在系统恢复后及时地恢复机端电压，那么区域电网的暂态稳定性将遭到破坏，在此情况下，可以把风电机组从电网中切除或者使用动态无功补偿装置来确保

电网的暂态稳定性。

风电机组的LVRT（Low V oltage Ride Through，低电压穿越）问题[3]。LVRT为：从风电并网电压下降到电网电压恢复这段时间内，风电机组仍可以保持并网状态，甚至还可以向电网提供部分的无功功率，从而实现了低电压时间的穿越。当风电所占比例较大时，如果风电机组仍使用被动保护解列的保护模式，不仅会提升系统的恢复难度，甚至会导致区域电网电压的崩溃以及系统内其它机组的瓦解，在这种情况下，就要求风电机组具有一定的LVRT能力，以确保区域电网的安全稳定。

2.2 电能质量

电网的电能质量也会受到风电并网的影响。主要表现在对频率、谐波、电压、闪变等方面，而影响程度是与风电场布置、线路参数、风电机组的类型等因素有关。

（1）频率。与常规能源相比，风电的输出功率具有间歇性的特点。那么当间歇性的风电接入电网后，电网需要不停地调整电力潮流。这样除了会影响电网的电压以外，还会对系统的频率特性产生影响。当风电的装机容量达到一定比例后，必须采取一定的频率控制手段，以增加总的调频容量，实现系统频率的稳定。（2）谐波。电网中谐波产生的主要来源是功率变换器。风电机组所包含的功率变换器产生的谐波将会对电网产生干扰，而干扰的程度不仅与滤波器结构以及变换器的构造相关的，还与风电的装机容量、电网的短路容量等相关。（3）电压波动。风速的波动会造成风电输出功率的波动，而这种波动会造成电网中的某些节点电压的波动，如果波动比较大时，电压的偏差值将超过国家的允许值，从而严重影响电网的稳定。（4）电压降落。当风电接入电网以后，风电机组的突然启动将会造成电网电压降落，尤其以固定转速风电机组最为明显。此外，风的变化也会带来电网电压降落。（5）闪变。风电接入电网还带了闪变问题。而闪变问题的根源是风电机组输出功率的不停变化。输出功率的变化范围不仅与风况以及湍流强度有关，还与塔应效应、风力机的转速等相关。

3 对策研究

针对上述的不良影响，同时立足我国实际，本文给出以下四点对策。

（1）加大研发投入，提升风机性能，完善产业标准。风机性能的提升是解决风电并网不良影响的有效途径。为此，必须加大风电产业的研发投入，提升核心零部件的性能指标，以改善其LVRT能力以及功率调节能力。（2）优化电源结构，加快新能源发展，提升电网的风电消纳能力。立足现有电源结构，加大常规电源的改造，充分发挥其调峰能力与调峰优势。同时，加快新能源发展，开发并推广高效可靠的蓄能技术，逐步地提升电网的风电消纳能力，从而实现电网的鲁棒性的增强。（3）加强区域互联，优化跨区配置。加强区域互联建设能够更好地整合全网资源，同时，通过跨区配置优化，使得电网能够消纳更多的风电，从而促进风电的健康发展。（4）合理规划，统筹发展。为了确保风电的有序发展，必须对风电开发与电网建设进行统一规划，实现风电发展以及配套工程的同步，做到同步投产同步收益，从而实现电网的健康有序发展。

4 结语

本文首先从电网稳定性与电能质量两个方面对风电接入电网所造成的影响进行分析，重点对电网稳定性中的暂态稳定性和低电压穿越问题以及电能质量中的频率、谐波、电

压波动、电压降落和闪变进行了讨论。针对存在的问题，本文给出了加大研发投入，提升风机性能，完善产业标准；优化电源结构，加快新能源发展，提升电网的风电消纳能力；加强区域互联，优化跨区配置；合理规划，统筹发展四条对策，从而为风电与电网的健康、协同、有序的发展提供参考。

参考文献：

[1]European Wind Energy Association. Wind energy-the facts：a guide to the technology，economics and future of wind power[M]. Routledge，2012.

[2]Council G W E. Global wind energy outlook 2012[J]. GWEC，2012，5（5）：13-19.

[3]Zhang X，ZHANG L，YANG S，et al. Low V oltage Ride-through Technologies in Wind Turbine Generation [J]. Proceedings of the Chinese Society of Universities for Electric Power System and its Automation，2008，2（3）：1-12.