风能发电在电力系统中的特点

刘浅

摘要：风能是一种清洁的、有可靠成本效益的发电资源，具有很高的环境效益和社会效益。随着风电技术发展，我国风电装机容量不断上升，风力发电将逐步成为电力系统重要的电力来源。但受自然、技术等因素影响，风力发电引起的电压波动、闪变和谐波等电能质量问题阻碍了其发展。本文结合风电的运行特点，风电的并网方式，风电调频调峰以及风电调度对风电在电力系统的特点作出分析。

0引言

新能源的使用正在逐步为人们所重视，光伏、风电等新能源发电系统装机容量也在逐年扩增，根据往年的数据，预测在2020年左右风机的装机容量将达到2亿千瓦。但大规模风电具有随机波动性以及不可准确预测性，造成了电力系统调度运行方面的困难，由于风电场和电网建设不同步、风电特性和电网调峰能力不匹配等原因，在一些地区出现了弃风现象，造成了能源浪费和经济损失，导致弃风消纳问题在中国的形势极为严峻。针对风电运行的特点，可以优化风电调频，进行风电功率预测，设计风电接入电网的序列优化调度，完成风电并网后从不同时间尺度上通过优化达到经济、可靠、安全运行的目标。

1风电运行特点

（1）风电出力具有随机性、波动性，风电出力随机性及波动性明显。波动幅度大并且波动频率也无规律性;

（2）风电出力有时与电网负荷呈现明显的反调节特性一“高风速或低负荷”;

（3）受气象因素影响，风电出力日间可能波动很大，以至于在极端情况下，风电出力可能在0～100%范围内变化;

（4）风电年利用小时数偏低，风电场年利用小时数参差不齐，一般在2000h左右。我国2018年风电年平均利用小时数为2095;

（5）风电功率调节能力差，风电功率特性决定风机出力随风力变化而变化，风机在采用不弃风的方式下，只能提供系统故障状况下的有限功率调节。机组本身的运行特性和风资源的不确定性，使得风电机组不具备常规火电机组的功率调节能力。

2风电并网的方式

风电并网主要有两种方式：分散接入方式、集中接入方式

（1）分散接入主要用于风电开发规模小，以就地消纳为主的情况，这种方式下，风电接入电压等级低对系统运行造成的影响也比较小。目前，欧洲等发达国家大多采用分散接入，欧洲等发达国家大力发展风电等可再生能源的主要目的是应对气候变暖和减少碳排放。这些国家电网结构稳定，负荷需求增长缓慢。开发风电主要是替代常规电源，因此除近期集中开发的大规模海上风电场采用高电压远距离输送外，风电大多分散接入，就地消纳，不存在大量风电接入后的电网大规模改造问题。

（2）集中接入主要用于风电开发规模大，以异地消纳为主的情况。风电接入电压等级高，主要为远距离输送，对系统的影响比较大。目前，我国风电已由发展初期的小规模、分散接入逐渐转变为大规模、集中接入，我国风能资源主要分布于“三北”及东南沿海地区，大多远离负荷中心。根据我国风电资源的分布情况，按照“建设大地基、融入大电网”的规划布局，考虑初步在内蒙古、甘肃、河北、吉林、等省区建设若干百万千瓦和千万千瓦的风电基地。这些风电基地大都远离负荷中心，需要依托更高电压等级，大规模远距离输送。

3风电机组的调频与调峰

（1）风电机组的调频能力：风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整。一般情况下，风电机组均不参与系统的调频过程。德国只要求风电机组在高频时候可以减出力;英国也要求参与调频，但一般不用;丹麦要求在大规模、集中接入，远距离输送的大型风电场留有一定的裕度，不近参与调频而且参与调峰。目前，我国现行标准没有对于风电机组参与系统调频提出要求，现有运行的风电机组均不参与系统调频过程。

风电机组调频能力对电网的影响：由于风电机组不能有效参与电网频率的调整，电网频率的调整必须有传统电厂分担。在大规模风电接入电网的情况下，随着风电装机容量在电网中比重增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，需要同步配套相應容量的调频电源。

（2）风电对电网调峰的影响：由于风电具有随机性、间歇性、反调节性及波动大的特点，对系统调峰的影响主要表现在：大规模风电接入导致电网等效负荷峰谷差变大，客观上需要增大调峰容量。风电的反调节特性进一步加大了对系统调峰容量的需求。分析德国的电源结构可以得出，燃油、燃气、水电等快速调节电源占有比较大的比例，具有较强的调峰能力，为风电的开发利用提供了较好的基础条件。目前，我国的快速调节机组所占比例比较低，大规模风电集中接入将增加电网调峰压力，必须配套建设相应容量的调峰电源。

4风电功率的预测

风电功率预测的目的：从电力系统运行角度看，风电功率预测就是对风电出力随机波动性的一种建模。

风电功率预测的方法：风电功率预测是指采用数值天气预报对风电场输出功率进行预测。数值天气预报是利用大气动力学以及热力学的基本原理，结合天气实验的经验，采用数值计算方法做出天气预报的一门科学。

电网调度机构应用风电功率预测预报结果，综合考虑系统负荷预测，结合电网和电厂运行工况，最大限度的保障风电全额消纳——系统调度问题。风电场应具备在线有功功率调节能力，能够自动执行调度机构下达的发电计划，保证发电功率在发电计划允许偏差范围内——风电场调度问题。

5结语

风电并网后，由于风速的随机性降低了发电机组的可控性，且目前风电场出力预测精度很难满足电力系统实际运行的需要，因此大规模风电场接入电网时，电力系统的动态经济调度计划需要做出相应的调整，并且应当辅以合理有效的发展政策，这样不仅能够促进风电产业的健康可持续发展，而且能够缓解现有的能源危机和环境污染问题。