风电场对电力系统稳定性的影响

傅锴

摘 要：随着我国经济发展速度的不断加快，能源及环境问题已经成为危害社会发展的首要问题，因而必须开发新的可再生资源，风能发电是未来发电的一种趋势，近些年来风力发电技术发展正在日趋完善化。但是与此同时，而风电场对电力系统稳定性有一定的关联性，文章中主要分析了风电场接入电网对电力系统稳定性的影响，针对其存在的问题给予完善的解决措施。

关键词：风电场；电力系统；稳定性；影响

中图分类号：TM614；TM712 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）33-0064-02

基于现状分析来看，风能发电在实际应用中取得了良好的效果，而且风能属于可再生能源具有良好的应用前景。由于风电机组类型的差异性，他们的结构也有着一定的区别，因而对于电网稳定性的影响也不同，风电场在接入电网时需要综合考量，降低其对电力系统稳定性的影响，提高发电效率。本文中针对风电场对电力系统稳定性的影响展开论述，然后提出相应的解决方案。

1 风电机组技术

风能作为可再生资源在实际生产生活中得到了大面积推广，而风能发电是现阶段电力系统传输的一种有效形式。通常情况下，风力发电机组，按照速度控制能力，还有应用功率控制类型，主要可以分为四种类型：分别是鼠笼式异步感应发电机、绕组式异步感应发电机、双馈感应发电机、多级永磁同步发电机，其中，针对第一种类型来说，它的结构相对比较简单，而且效率相对较高，最关键的是无需时常维护，因而在实际生产生活中应用范围最广。

然而异步感应风电机来说，其在发出有功功率过程中，基本同步吸取无功功率，必须加装无功补偿；除此之外，感应电机在启动过程中，相对应的电流涌流较大，必须借助软启动装置。而对于双馈感应发电机，其自身具有诸多优势，具体表现在以下几个方面：

第一，针对风力发电机来说，其能够最大可能捕获风能；

第二，降低在运行过程中的应力，主要是机械部件位置应力；

第三，具有较宽转速运行范围，这样才能适应风速的变化，继而带动风机转速变化；

第四，针对有功及无功功率而言，可以有效实现两者的解耦控制，应用灵活控制策略，在某种层面上能够优化有功功率，而且还可以完善无功功率；

第五，促使25%-30%的发电机功率，借助电力电子装置转化，然后转化介入电网，这样电能推广就会不断递增。

2 电压稳定性

2.1 异步感应电机风电场

电网运行过程中需要综合考虑多种因素，特别是针对大范围风电机组，由于其切机带来一定的问题，较为明显的是电压稳定。

针对一般大容量发电厂来说，推出运行系统时，因为忽然失去大部分无功注，将会容易发生电压崩溃危险。针对被切风电场机组，其属于感应发电机类型，那切机效果正好相反，从某种程度来说，极易形成较多的无功富余。

异步感应电机风电机组而言，其风电场具有自身的特点，假设其输出有功功率有所递增，相对应的无功功率也随之递增，与此同时，因为线路输送过程中有功功率递增，将会引发线路电抗无功增长，并且和线路电流平方成正相关。所以不论是对风电场来说，还是其等值线路，其总无功负荷输出相对较高，特别是在风电出力较大的前提下。

假设机端并联电容器，其提供无功功率，和线路充电功率，两者之和基本上高于风电场的无功功率，在这样的前提下，风电场机端电压情况能够得以改善。因为风电场无功源，一般情况下都属于并联电容器性质，因而其输出无功及电压值，从某种程度来平方成正比，而且不能给予足够无功支持，促使其电压稳定性降低。

2.2 双馈感应电机风电场

双馈感应电机，其自身具有非常显著的优势，不仅能够实现有功解耦控制，而且还可以无功解耦控制。所以，基于双馈感应电机，其变速风电场无功存在决定性因素，即与双馈风电机组监控有关。通常情况下，双馈风电机组，由其构成的风电场，在某种程度上可以控制风电场出口，还有电网之间无交换，存在的无功功率，也就是说在整个风电场内，基本上来说是不消耗无功的。

因此，风电场、等值线路，两者之间的无功消耗，属于系统无功负荷，相较于上述电机风电场，该风电场无功消耗逐步变小，而且其电压稳定性较为明显，相较于上述风电场具有自身的优势。

2.3 对短路电流的影响

从目前情况分析，现阶段应用率较高的当属异步发电机，一旦风电场接入电网，将会在某种程度增加相应的短路电流，因而短路电流成为非常重要的参考指标，必须考虑对其的影响。短路电力自身衰减速度较快，而且具有极高的初值，在参考风力机装机容量时，还需对短路电流实施计算，主要针对所有电网节点处，通过计算结果推动是否超出额达容量。

风电场并网可以造成非常不利的影响，尤其是对电网短路容量影响甚是严重，伴随短路容量的递增，将会有可能破坏电网保护装置，超出容量最大值。在存在故障的前提下，风电组电路系统必须发挥自身的职能作用，有效配合电网保护装置，降低对电网不良影响。

2.4 风电并网于电网冲击

针对异步发电机来说，在并网过程中必须要注意，需要其相序和电网一致，特别是在转速方面尽量是同步效率，由此才能促进并网顺利进行。异步发电机自身存在一定的缺陷性，没有励磁装置，而且发电机自身并不存在电压，在并网过程中，需要有一个过渡过程，并且在过程中形成冲击电流，其电流值高出额定电流，历经几s之后进行稳定状态。而冲击电流的大小，主要是与以下因素有着密不可分的关系，如电网电压、发电机暂态电抗、并网滑差等等，必须引起足够的重视。

3 频率稳定性

整个电力系统而言，必须是相同频率运行，针对电力系统来说，其产生的电能，还有消耗电能基本持平，从某种意义上来说，频率是非常重要的参考值，是系统能量产生及消耗的参考指标，例如：电力系统中，假设其发出电能过剩，与此同步发电机就会加速，随之系统频率增加；反之，发电机将减速，系统频率下降。

针对电网来说，当其出现频率较大的降低事故，系统的惯量将会发挥自身的功能性作用，主要对频率降低变化率有一定的影响，可以说发挥决定性作用，惯量越低，系统频率降速相对较低。假设电网增加相关元素时，比如同步发电机，相对应的就会增加电网惯性；但是因为电气特性的差异性，风力发电组不可能具有上述属性；而针对较为严重频率事故，降低所有惯量响应是存在威胁性。

近些年来，针对风电桩机容量而言，其在系统中的比例不断递增，而风电并网之后，系统频率是否具有安全性，或是频率的稳定性，这些都是值得探讨的问题。

风力发电功率的递增，在某种层面上对于电力系统有着非常大的影响，确定这一情况之后，需要解决一个非常关键性的问题，就是机组惯量响应。

针对规模较大的风力发电机，当其接入电网之后，将去取代系统中部分发电机组；假设风电机组不能发挥自身的性能，不具备惯量的功效，将会降低系统惯量，而且将会对电网频率稳定性有着一定的影响。

针对类型存在差异的风电机组，其在结构上也是不同的，一旦接入电网将会产生非常不利的影响，特别是对电网频率稳定性有着极强的影响，而且是程度不一。恒速风力发电机组，选取感应发电机能源的转化，将机械能经过转化成为电能，对于这个类型的发电机组来说，难以有效控制频率，而且电压调节也很困难；但是，因为转速及系统频率两者之间存在必然联系，利用变速箱形成耦合关系，一旦系统频率下降，从某种意义上来说，将可以带给电网惯性响应，而响应的大小，将是由两种元素决定的，其一是转子上能量，其二是频率变化。

而在变速风力发电机组，直驱式发电机，相对应的发电机组，可以有效将风能变成电能，再记住电力电子装置，然后并入电网；而基于DFIG风电机组来说，可以直接接入电网。根据研究显示，应用恰当控制策略，将能够增加辅助控制，从而促使双馈感应发电机机组更好的发挥自身的作用，给予惯性响应，继而对电网可用。

4 结 语

总体来说，风能发电已经成为现阶段电力运输的一种有效形式，然而由于发电机组的差异性，风电场对电力系统稳定性有极大的影响，最终关系到发电系统的正常运行。本文中主要论述了现阶段风电场风电机组对于电力系统运行的影响，并根据于此给予相应的解决方案，以此促进电力系统稳定性的实现。

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