风电场并网对电网电能质量的影响分析

潘翀

（中国水电工程顾问集团有限公司云南分公司，云南 昆明 650051）

随着城市化进程的不断加快，能源资源的短缺问题愈发严重，在这种情况下，相关人员应积极树立良好的环保意识，将电场发电由以往传统的燃煤手段开始向新能源的方向过渡转变，如太阳能、风能，将其作为发电的原动力，不但能实现对资源的充分利用，还能达到环保节约的成效。然而在此期间，虽然风电场电网电能的输运比例在持续增加，但并网方式对电网电能质量带来的影响也非常突出，并对风力发电有着一定的制约作用，需要相关的专业人士开深入的研究分析。

1 关于风电场运行特点的简要分析

1.1 风力发电流程

风机叶片在风力作用下带动齿轮箱旋转运行，使风能渐渐转变为机械能，而轮毂也在机械能转变期间，顺利将转子机械能传递给发电机的转子中，进而带动转子转动，使发电机顺利地发电运行，再通过变电站将电能全部并入到电网中提供用户使用，见图1。

图1 风力发电流程图

1.2 风电场的运行特点

由上文了解到，风力发电主要是以风能为运行原动力，既能实现对自然领域资源的充分利用，又能具备零污染排放的优势，并且无论是占地面积，还是施工进度都能达到预期理想效果。但是同时也存在一定的不足之处，即为风速、风向无法通过人为手段对其有效控制，所以常常会使风电场的输出功率存在着严重的波动性特点，甚至在并入电网后，也会使电网的运行极其不稳定。

2 风电场并网对电网电能质量影响的分析

根据相关的调查显示，因受到风力大小、电网系统布局及风能分布等综合性因素的影响，导致风电场电能输出往往普遍存在着波动性和间歇性的问题，若处于容量较小风电场环境下，这种情况可直接忽略，但若风电场的总体容量较大，则相应电网占据的比重也较大，那么这种不稳定的电能输出，可能对电网的电能质量所产生的影响不容忽视，具体体现在以下几方面。

2.1 对电网频率的影响

基于风电场建设规模不断扩大的背景下，向电网运行输送的电能资源也在持续增加，进而因受到功率波动影响，可能对电网频率带来威胁的影响更加明显，一旦电网运行系统遭到干扰破坏，电网电压便会迅速下降，甚至可能致使穿透性能较差的风电机组停止运行。在这种情况下，风电场并网实行就尤为重要，不仅使其拥有不同于其他常规型号机组的较强的频率响应性能，还能具备良好的跟踪调节和挽救电网频率波动的能力。此外，出于对风电运行输电波动随机性的充分考虑，往往在无风或风速较小的情况下，电网频率将会大幅度下降，进而对电网频率的稳定运行带来不利影响，因此这就需要相关工作人员能够切实增大电网运行系统的容量，并从中选择较为适宜的优化调度的运行模式。

2.2 对电网冲击影响

基于当前的实际情况来看，风电场运行期间使用频率最高的发电设备便是异步电机，并且在并网操作期间，需充分满足速度同步条件，方能实现并网。但同时异步电机也存在一定隐患，如因异步电机缺少相对独立的励磁结构，且并网前电压会全部归零，并网后若想达到一个标准的稳定电压状态，也需经过一个过程，在此期间会逐渐产生额定电流在6～8倍之间的冲击电流，在经过几百ms和几s后方能趋于稳定状态。此外，若风电场并网处于容量较大的系统中，冲击电流可能对电网运行带来的影响可完全忽略不计，但若风电场并网处于容量较小的系统中，形成的冲击电流将会使电网电压骤停，甚至可能对其他设备的正常使用带来不利影响。

2.3 对短路电流的影响

由上文可知，风电场实际运行期间采用的仪器设备是异步电机，往往其在具体运行期间必定会受自身电动作用影响而向短路传送短路电流，极大增加了电网运行系统电路的电流数值。同时风电机组并网可能对电网潮流所带来的影响也不容忽视，如风速、电机的实际运行情况等，都有可能引发风电机组出现脱网运行的状态，甚至出现变化或转移。在此期间还需注意，如果风电机组并不具备低压穿透性能，那么在故障发生期间，也可能出现脱网现象，进而影响到电网电能的整体质量。此外，风电场并网还有可能对谐波产生影响，一般谐波主要是由铁磁饱和设备、电弧设备及电子开关设备等共同组合而成，基于风电机组的角度来看，发电机自身所具备的谐波可以忽略，谐波电流的真正来源为风电机组中的电力电子元件；而对于定速风电机组来说，若其全程并不存在电力电子元件设备，那么风电机组在运行期间将不会产生谐波，这时就需要在风电机组的运行期间，工作人员将软并网装置安装其中，以便能产生谐波电流。

3 风电场并网对电网电能质量影响的改进措施

随着社会经济水平和科学技术的不断提升，风电场逐渐开始向智能化、现代化的方向转变，但对电网电能质量存在的影响也仍存在。在此情况下，为进一步提高风力发电机的运行效率，大力提高电网电能质量，相关工作人员应积极开展以下工作。

3.1 有效改善无功补偿的技术手段

根据调查显示，风电场并网中的大多数异步发电机设备均为感性元件，往往其在实际运行期间需要得到大量的无功支持，而无功补偿量的多少又与接入点的实际电压大小有着直接关系。目前风电场中应用频率最高的便是SMES超导磁储能系统和动态无功补偿装置设备，其中SMES超导磁储能系统不仅具备良好的有功无功功率调节能力，可实现对系统功率补偿的灵活调整改善，还能极大降低风电场的输出功率、波动频率，充分保证电网电压运行的安全稳定性。而动态无功补偿装置设备可根据实际地质情况，有效调整改善电网运行中的无功补偿功率数值，进一步调整电压大小，增强电网系统的实际性能，并且动态无功补偿装置还能具体安装在风电场的出口位置，借助风电场接入点电压数值的准确计算来有效控制无功补偿量，进而在确保风电场电压处于稳定的基础上，防止电网运行出现失稳现象，有利于提高电网电能的整体质量水平。

3.2 轻型直流输电连接电网的使用

通常来说，轻型直流输电技术就是以PWM为基础的电压源换流器技术手段，普遍具备较强的直流输电性能，而在风电场并网运行期间，则可应用该技术顺利解决因受电源分散影响而出现的输电走廊问题，使其具备较强的自我调节控制能力。同时轻型输电连接电网的使用还能有效克服短路容量对风电场实际容量的规范限制，促使电网运行始终处于安全稳定的状态，有效提升电网的电能质量。此外，风电场并网的运行效率如何主要由风速来决定，而随着各种新型技术手段的不断创新完善，预测风速的能力也应进一步完善，便于帮助工作人员得到更加准确的风力发电性能数值，帮助电网灵活的容纳风电场，并且在此基础上工作人员还需不断增强自身风电场的优化控制能力，让其逐步开始向普通发电机的性能靠近，借此便于更好的开展调度安排工作，促使电网的电能质量得到大幅度提升，为电网系统的安全稳定运行提供良好保障。

4 结语

综上所述，因风力发电所具体使用的能源是环保、无污染的自然能源，再加上其技术手段日趋成熟，因而拥有良好的发展前景。随着风电场电网需求容量的不断提升，相应的输出功率所产生的波动将对电网的电能质量带来极为不利的影响，这就需要相关工作人员能在具体工作中，不断加强对风电场发电的设备管理力度，进一步优化调度，进而便于极大增强风电场并网的容纳能力，针对风电场并网运行期间可能对电网的电能质量产生影响的众多因素，及时提出针对性的治理方法，从而有效提高电能质量。