[摘要]：由于風(fēng)電場是一種依賴于自然能源的分散電源，同時目前大多采用恒速恒頻異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其并網(wǎng)運行降低了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。著眼于并網(wǎng)風(fēng)電場與電網(wǎng)之間的相互影響，特別是對系統(tǒng)穩(wěn)定性以及電能質(zhì)量的影響，對大型風(fēng)電場并網(wǎng)運行中的一些基礎(chǔ)性的技術(shù)問題進行了研究。
??????? [關(guān)鍵詞]:風(fēng)電場；并網(wǎng)；現(xiàn)狀分析。
??????? 一、引言
??????? 風(fēng)力發(fā)電作為一種重要的可再生能源形式，越來越受到人們的廣泛關(guān)注,并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電以其獨特的能源、環(huán)保優(yōu)勢和規(guī)?；б妫玫介L足發(fā)展,隨著風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)的日益成熟和風(fēng)電價格的逐步降低，近些年來，無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家都在大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。
??????? 風(fēng)力發(fā)電之所以在全世界范圍獲得快速發(fā)展，除了能源和環(huán)保方面的優(yōu)勢外，還因為風(fēng)電場本身所具有的獨特優(yōu)點：(1)風(fēng)能資源豐富，屬于清潔的可再生能源；(2)施工周期短，實際占地少，對土地要求低；(3)投資少，投資靈活，投資回收快；(4)風(fēng)電場運行簡單，風(fēng)力發(fā)電具有經(jīng)濟性；(5)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相對成熟。
??????? 自20世紀80年代以來，大、中型風(fēng)電場并網(wǎng)容量發(fā)展最為迅猛，對常規(guī)電力系統(tǒng)運行造成的影響逐步明顯和加大,隨著風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴大，風(fēng)電特性對電網(wǎng)的負面影響愈加顯著，成為制約風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模的嚴重障礙。因此深入研究風(fēng)電場與電網(wǎng)的相互作用成為進一步開發(fā)風(fēng)電所迫切要求解決的問題。其局限性主要表現(xiàn)在：(1)風(fēng)能的能量密度小且不穩(wěn)定，不能大量儲存；(2)風(fēng)輪機的效率較低；(3)對生態(tài)環(huán)境有影響，產(chǎn)生機械和電磁噪聲；(4)接入電網(wǎng)時，對電網(wǎng)有負面影響。
??????? 二、我國風(fēng)力發(fā)電裝機容量現(xiàn)狀
??????? 根據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會發(fā)布《2012年中國風(fēng)電裝機容量統(tǒng)計》報告中數(shù)據(jù)顯示，2012年，中國（不包括臺灣地區(qū)）新增安裝風(fēng)電機組7872臺，裝機容量12960MW，同比下降26.5%；累計安裝風(fēng)電機組53764臺，裝機容量75324.2MW，同比增長20.8%。
??????? 2001-2012 年中國新增及累計風(fēng)電裝機容量區(qū)域裝機情況圖（引自《2012年中國風(fēng)電裝機容量統(tǒng)計》）
??????? 2006-2012 年中國各區(qū)域累計風(fēng)電裝機容量圖（引自《2012年中國風(fēng)電裝機容量統(tǒng)計》）
??????? 三、風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響
??????? 風(fēng)力發(fā)電是一種特殊的電力，它以自然風(fēng)為原動力，風(fēng)資源的隨機性和間歇性決定了風(fēng)電機組的輸出特性也是波動和間歇的。作為發(fā)電機構(gòu)的異步發(fā)電機在發(fā)出有功功率的同時，需要從系統(tǒng)吸收無功功率，且無功需求隨有功輸出的變化而變化。當(dāng)風(fēng)電場的容量較小時，這些特性對電力系統(tǒng)的影響并不顯著，但隨著風(fēng)電場容量在系統(tǒng)中所占比例的增加，風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響會越來越顯著。本文主要從以下幾個方面討論并網(wǎng)風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響，包括并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊、對電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量以及繼電保護的影響。
??????? 1、并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊
??????? 異步電機作為發(fā)電機運行時，沒有獨立的勵磁裝置，并網(wǎng)前發(fā)電機本身沒有電壓，因此并網(wǎng)時必然伴隨一個過渡過程。直接并網(wǎng)時，流過5～8倍額定電流的沖擊電流，一般經(jīng)過幾百毫秒后轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。異步發(fā)電機并網(wǎng)時沖擊電流的大小，與并網(wǎng)時網(wǎng)絡(luò)電壓的大小、發(fā)電機的暫態(tài)電抗以及并網(wǎng)時的滑差有關(guān)。滑差越大，則交流暫態(tài)衰減時間越長，并網(wǎng)時沖擊電流有效值也就越大。風(fēng)力發(fā)電機組與大電網(wǎng)并聯(lián)時，合閘瞬間的沖擊電流對發(fā)電機及電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行不會有太大影響。但對小容量電網(wǎng)而言，風(fēng)電場并網(wǎng)瞬間將會造成電網(wǎng)電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一電網(wǎng)上的其他電器設(shè)備的正常運行，甚至?xí)绊懙秸麄€電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。目前可以通過加裝軟起動裝置和風(fēng)機非同期并網(wǎng)來削弱沖擊電 流，但會給電網(wǎng)帶來一定的諧波污染。
??????? 2、對電網(wǎng)頻率的影響
??????? 風(fēng)電場對系統(tǒng)頻率的影響取決于風(fēng)電場容量占系統(tǒng)總?cè)萘康谋壤?。?dāng)風(fēng)電容量在系統(tǒng)中所占的比例較大時，其輸出功率的隨機波動性對電網(wǎng)頻率的影響顯著，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量和一些對頻率敏感負荷的正常工作。這就要求電網(wǎng)中其他常規(guī)機組有較高的頻率響應(yīng)能力，能進行跟蹤調(diào)節(jié)，抑制頻率的波動?？紤]到風(fēng)電的不穩(wěn)定性，當(dāng)風(fēng)電由于停風(fēng)或大失速而失去出力后，會使電網(wǎng)頻率降低，特別是當(dāng)風(fēng)電比重較大時，會影響到系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。消除該影響的主要措施是提高系統(tǒng)的備用容量和采取優(yōu)化的調(diào)度運行方式。當(dāng)然，當(dāng)電力系統(tǒng)較大、聯(lián)系緊密時，頻率問題不顯著。
??????? 3、對電網(wǎng)電壓的影響
??????? 風(fēng)力發(fā)電出力隨風(fēng)速大小等因素而變化，同時由于風(fēng)力資源分布的限制，風(fēng)電場大多建設(shè)在電網(wǎng)的末端，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較薄弱(短路容量較小)，因此在風(fēng)電場并網(wǎng)運行時必然會影響電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定性。另外，風(fēng)力發(fā)電機多采用感應(yīng)發(fā)電機，感應(yīng)發(fā)電機的運行需要無功支持，因此并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電機對電網(wǎng)來說是一個無功負荷。為滿足風(fēng)力發(fā)電場的無功需求，每臺風(fēng)力發(fā)電機都配有無功補償裝置。目前常用的是分組投切電容器，其最大無功補償量是根據(jù)異步發(fā)電機在額定功率時的功率因數(shù)設(shè)計的。即在額定功率時無功補償量必須保證功率因數(shù)達到設(shè)計的額定功率因數(shù)，一般大于0．98。由于分組投切電容器不能實現(xiàn)快速連續(xù)的電壓調(diào)節(jié)，對快速的電壓變化無能為力。風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)電壓的影響主要有慢的(穩(wěn)態(tài))的電壓波動、快的電壓波動(1~lJ閃變)、波形畸變(1llJ諧波)、電壓不平衡(即負序電壓)、瞬態(tài)電壓波動(1~lJ電壓跌落和凹陷)等。
??????? 4、對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響
??????? 風(fēng)電接入系統(tǒng)引起的穩(wěn)定問題主要是電壓穩(wěn)定問題。這是由于：???????????????????? (1)普通的無功補償方式為電容器補償，補償量與接入點電壓的平方成正比，當(dāng)系統(tǒng)電壓水平降低時，無功補償量下降很多，而風(fēng)電場對電網(wǎng)的無功需求反而上升，進一步惡化電壓水平，嚴重時會造成電壓崩潰，風(fēng)機被迫停機；
??????? (2)在故障和操作后未發(fā)生功角失穩(wěn)的情況下，部分風(fēng)電機組由于自身的低電壓保護而停機，風(fēng)電場有功輸出減少，相應(yīng)地系統(tǒng)失去部分無功負荷，從而導(dǎo)致電壓水平偏高，甚至使風(fēng)電場母線電壓越限；
??????? (3)故障切除不及時，會發(fā)生暫態(tài)電壓失穩(wěn)；
??????? (4)風(fēng)電場出力過高有可能降低電網(wǎng)的電壓安全裕度，容易導(dǎo)致電壓崩潰。總而言之，并網(wǎng)型風(fēng)電場對于電網(wǎng)穩(wěn)定性的主要威脅，一方面是風(fēng)速的波動性和隨機性引起風(fēng)電場出力隨時問變化且難以準(zhǔn)確預(yù)測，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電接入系統(tǒng)時潛在安全隱患；另一方面是弱電網(wǎng)中風(fēng)電注入功率過高引起的電壓穩(wěn)定性降低。
??????? 5、對電能質(zhì)量的影響
??????? 風(fēng)電對于電力系統(tǒng)是一個干擾源。風(fēng)電對電能質(zhì)量的影響主要有以下三方面(前述對電壓的影響是最重要的方面)：
??????? (1)風(fēng)速變化、湍流以及風(fēng)力機尾流效應(yīng)造成的紊流，會引起風(fēng)電功率的波動和風(fēng)電機組的頻繁啟停，風(fēng)機的桿塔遮蔽效應(yīng)使風(fēng)電機組輸出功率存在周期性的脈動；
??????? (2)軟起動并網(wǎng)時，由軟起動裝置引起的各次諧波；
??????? (3)風(fēng)電經(jīng)AC／DC／AC并網(wǎng)時，由于脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生的諧波。諧波的次數(shù)和大小與采用的變換裝置和濾波系統(tǒng)有關(guān)。