首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 电力工业论文 > 电能论文 > 浅谈风电场并网对电网电能质量所造成的具体影响

浅谈风电场并网对电网电能质量所造成的具体影响

2020-05-11 330 上传者：管理员

摘要：随着我国社会发展形态的转变，对电力能源的需求量与消耗量呈现逐年提升态势。在这一时代背景下，为充分满足电能需求、提高电网容量，电力企业将风电场建设作为发展重点。但与此同时，在风电场并网运行过程中，也对整体电网的电能质量造成一定程度的干扰影响、发电水平尚存优化空间。因此，对风电场并网对电网电能质量所造成的具体影响、问题主要成因开展分析，并提出了有效解决问题的措施。

关键词：
电网
电能质量
输出功率
风电场并网
加入收藏

1、风电场运行概述

1.1 具体发电流程

在大型风力发电机设备运行过程中，风力通过轮叶持续带动轮毂进行旋转运动，持续由风能转换为机械动能。此外，轮毂装置借助风力发电机设备内部所配置传动装置持续将转子装置的机械动能传输到发动机转子，从而消耗机械动能以持续带动发电机转子进行转动作业，最终将机械动能转换为电能，电能再经由变换器接入电网，供应终端用电设备的运行。

1.2 主要运行特点

第一，并网型风力发电厂规模较大。相较于独立运行的离网型风电场，接入电网运行的并网型风电场的发电规模普遍较大（由数百台上下风电机组共同构成），并得到大电网的有力补偿以及支持，大幅提高了对风力资源的实际应用率。第二，自动化程度高。相较于其他发电运行模式，风电场在运行过程中基本实现了无人值守，很难受到除风能（风速、风力）以外各项因素的干扰影响^[1]。第三，电能输出功率高波动性。由于风电场在运行过程中，各发电机组的实际运行效率、电能输出功率主要取决与风力大小与风速（风能），因此具有电能输出功率的高波动性与间歇性特征。且这一问题在风电场并网运行过程中尤为明显。

2、风电场并网对电网电能质量所造成的具体影响

2.1 造成电网冲击

目前，我国多数并网型风电场普遍选择配置异步电机设备，并在风电场运行过程中需要满足特定要求（如将相序以及电网在同一时间节点中的转速控制在同步速度）时才能保障入网。但是由于目前我国多数并网型风电场所配置异步电机设备中普遍缺乏配置独立运行的励磁结构，且在风电场并网运行准备阶段中会出现电压归零现象。因此，在风电场并网运行早期阶段中会出现电压稳定过渡阶段，并在稳定过渡阶段中出现一定电流值的冲击电流，在适当时间后，电压逐渐稳定、并长期保持这一稳定状态。而所产生的冲击电流也会对电网造成较为微弱的干扰影响。由于并网型风电场具有风力规模较大的运行特征，从而加大了冲击电流对小容量电网运行质量所造成的影响程度。例如，电网在运行过程中受到冲击电流的影响干扰，出现电压骤降、各类电力设备运行稳定性降低等一系列问题。

2.2 影响电网频率

相较于离网型风电场，由于并网型风电场具有发电规模大的运行特征，因此风电场在并网运行过程中向所接入电网输出大量电能，从而加大了并网型电网电能输出功率高波动性运行特征的影响系数（风电场输出电能功率波动幅度越大、电网频率受影响系数便越高）。此外，在电网受到风电场电能输出功率因素影响时，不但会在一定程度上改变电网频率，也会以此为诱因引发一系列连锁问题的出现（如电压降低、部分低压穿透性较差的机组出现停机问题等），并最终导致整体电网运行稳定性（以及频率）的下降。而在风能越小（风速越低、风力越小）时，电网频率以及运行稳定性的受影响系数便会越高。

2.3 电压波动与闪变影响

由于风电场在运行过程中存在较高的电能输出功率不稳定性特征，因此在各项风电发电机组运行过程中输出电能功率出现大幅波动问题时，会产生一系列连锁反应（机端电压与并网点电压受到影响影响出现波动），最终产生闪变现象（由于电网电压值稳定，因此在风电场输出功率出现波动问题时，会直接导致机端电压与并网点电压出现波动，并在波动程度较大时出现闪变现象）。而电能输出功率的波动幅度越大，闪变现象的出现征兆也会更为明显，这也是电网闪变影响问题的主要出现原理。

此外，在所配置风力发电机组运行过程中，受到风剪切、塔影效应等多方面因素的干扰影响，也有一定可能出现叶轮转矩稳定性下降、风力发电机组输出功率大幅波动的问题，且输出功率波动幅度会随着湍流强度的提升而不断加大。而电网电压波动现象的主要出现原理为：由于多数风电场普遍存在短路容量小、分布于电网尾端的特征，因此在风电场运行过程中外界影响因素出现大幅变化时（如风速变化、控制系统出现异常运行问题），都会导致风电机组的输出功率出现程度不一的变化，进而导致电网电压稳定性下降、产生波动、降低电网电能质量^[2]。

2.4 短路电流影响

由于当前我国多数并网型风电场普遍选择配置异步电机设备，因此在风电场运行过程中，受到电动势作用影响而向短路点输送短路电流，使得电网短路电流值有所加大。针对这一问题，需要采取适当措施降低风电场在并网运行过程中对电网短路电流数值的影响系数。

3、降低风电场并网影响系数、改善电网电能质量的有效措施

3.1 应用改善无功补偿技术

在当前我国多数风电场中，所配置异步电机设备普遍为感性元件，唯有在设备运行中得到充足的无功支持，才能为电网电能质量以及运行稳定性提供必要保障。此外，需要结合电网实际情况（如接入点电压数值），选择适当无功补偿量。这一措施的具体内容为：在风电场中构建超导磁储能系统、配置适当型号的动态无功补偿装置，并结合电网实际情况以调节、制定适当无功补偿量，以实现对电网电压的有效控制。将装置位于风电场出口处安装，发挥提高节点电压稳定性的应用效用。系统则发挥调节功率补偿、降低电能输出功率动态波动系数的应用效用^[3]。

3.2 做好风电场发电预测工作

目前，在并网型风电场运行过程中，风能大小（风速与风力大小）将直接决定风电场电能输出功率以及电网运行质量。因此，需要采取多项管理措施与预测技术，在风电场运行过程中周期性对后续一定时间阶段内的风能大小进行预测，随后基于预测结果开展风力发电机组调度等工作，提起制定、采取问题预防与解决措施，最大程度规避电网冲击、电压波动等问题的出现，并将问题的影响范围控制在一定程度内，最终降低风能等外界因素对风电场输出功率以及电网电能质量的影响系数。

3.3 应用轻型直流输电连接技术

在风电场并网运行过程中，轻型直流输电连接技术的应用原理为：采用以基于脉冲宽度调制控制方式的电压源换流器电网连接方式，凭借其较为优异的直流输电性能，从而控制电源分散影响、提高电网运行稳定性。而通过对轻型直流输电连接技术的应用，风电场在并网运行过程中可实现从根源上优化解决所出现的输电走廊运行问题（通过控制电源分散影响以解决问题）。同时，由于该技术也具有一定程度的无功补偿自我控制能力，因此也适当降低了短路容量对风电场容量所起的限制作用影响系数，侧面实现对电网电能质量以及运行稳定性的优化提升。

4、结论

在当前时代背景下，为贯彻落实国家战略发展号召、构建可持续发展社会，需要充分提高对风能这一可再生能源的利用率，提高风电场并网运行稳定性。因此，需要全面分析风电场在并网运行中对电网电能质量造成各项影响问题的主要成因，随后结合实际情况灵活采取优化措施，最终实现提高电网对风电场并网接纳能力、改善电网供电质量的目的。

参考文献：

[1]白鸿斌,王瑞红.风电场并网对电网电能质量的影响分析[J].电力系统及其自动化学报,2012,24(1):120-124.

[2]刘桂龙,艾尼瓦尔·阿扎提,王维庆,等.风电并网引起的电压闪变及应对策略[J].低压电器,2011,(15):13-17,22.

[3]闫征.风电并网后提高系统电能质量的措施研究[J].机电信息,2017,(24):167-168.

李强军.风电场并网对电网电能质量的影响[J].通信电源技术,2020,37(3):232-233.