风力发电对电力系统的影响及解决措施

风力发电对电力系统的影响及解决措施

摘要：近年来，我国经济社会取得了快速发展，对能源的需求日益增多，能源危机日趋严重。

风力发电作为新型可再生能源具有良好的发展前景，受到人们的重视，取得了较快的发展。

但是风力发电在电力系统的实际应用过程中，还存在一定的问题，需要采取科学有效的措施

予以解决，提高风力发电的效率和效果。

关键词：风力发电；电力系统；影响

引言

随着世界化石类能源日益减少，环境问题渐渐凸显，国家对可再生能源的大力支持，风

力发电在我国整个能源比例中的比重逐渐占据了主要位置。风能作为一种清洁能源，其主要

具备以下几类优势：投资成本不高，持续时间长，风能资源充足等。近年来，我过风力发电

得到了非常大力度的普及，不但能有效的解决我国在电能上的不足，同时还能有效的避开由

于化石能源消耗所产生的环境污染，对改善雾霾和全球变暖有巨大的贡献。在我国，风力发

电的商业前景非常广阔，是符合国家的可持续发展战略的。但是，大力发展风力发电会引起

电网发生改变，同时还可能降低官网安全性以及可靠性。

1风力发电对电力系统的影响

1.1对风电场规模影响

目前，我国电网规模逐步扩大。但风电场接入容量相对较低，占电网总装机容量，不会

对电网频率造成太大影响，这不是限制风电场建设规模的主要条件。对于负荷消纳少，以及

风能资源丰富的地区，同时，电网结构相对薄弱。如果此时存在风电大量输入时，不但影响

接入点的电压，还会改变潮流分布情况，这种情况是制约风电建设规模的主要因素。风能是

不可控制的，导致风电机组出力的波动和间歇性。目前，风电预测精度有待提高，增加了电

力调度的难度。从电网的角度来看，风电机组是一种随机干扰源，对电网的可靠运行增加了

一定的风险。因此，关键问题是确定风电场在规划和设计阶段就能够确定最大输入容量。

1.2对电能质量的影响

在风力发电项目中，对电能质量产生的主要影响：①谐波影响，在变速风险机组并网操

作后，风力发电项目中的变流器会一直处于工作状态，这就会导致整体结构中出现了严重的

谐波问题；②电压波动和闪变影响，在并网的风电机组中，常规化运行会使得机组产生功率

的波动情况，也会导致电压波动和闪变问题，而究其原因，控制系统不足、电网状况运行缺

失以及发电机型等因素都是会导致电压波动以及闪变出现：③电压跌落的影响，在并网风机

运行过程中，使用异步电机的频率较高，会从电网中直接吸收无功功率，这就会对电网整体

测定的电压产生严重的影响，若是存在大量的风机，在接收到弱电网时，整体电压跌落现象

就会被放大，甚至导致整个电压突然下降。

1.3对电网稳定性的影响

风力发电机组与电网的并网点，通常位于电网的末端，这就导致在向电网输电的过程中

产生逆向的电流流向和潮流分布的改变，这是之前没有考虑和遇到的问题，所导致的结果就

是风力发电机组对于周围的局部电站或线路施加相当大的压力，有可能导致输电线路的崩溃。

同时，风力发电机组向电网发电，由于是异步发电机组的功率输出，就会相应地从国家电网

吸收无功功率，为了有效补偿发电机组的无功功率损失，需要安装动态无功补偿装置（SVC

或SVG）,或者更为先进的SVG设备来校正。随着风力发电规模的越来越大，这就导致风力

发电机组对于整个国家电网的影响也越来越大，风力发电机组产生的不稳定性因素对于电网

的冲击也在相应地增大，一不小心就会使得整个国家电网的系统陷入混乱状态，失去稳定性。

1.4对电力调度的影响

风力发电接入电网时，是处于缺少保护性状态下运行的。风力大小在改变时，整个电力

系统的运行也应随之作出必要的调整，整个系统动态与风力发电的输出功率和频率要保持一

致。由于接入电网的风力发电输出功率具有波动性，会导致用电质量和稳定性受到不同程度

的影响。

2电力系统中风力发电效果的优化措施

2.1做好接入系统的风电场的设计工作

接入电压等级及接入点的选择是风电场接入系统设计的主要工作，一般综合考虑风电场

的规模、地理位置、周边地区电网现状及发展规划等因素。为防止电压崩溃的情况和电压较

大波动发生，应考虑采取必要的措施在接入系统设计中，如采用静止无功补偿装置、超导储

能装置等。在接入系统设计阶段进行电能质量评估，特别是针对选用的风电机组和接入系统

方案，谐波治理必要时采取适当的治理措施。较好的办法是在静止无功补偿装置的设计中结

合无功补偿要求，选择滤波器参数时兼顾治理风电机组产生的谐波。

2.2升级发电厂电能质量

在实际管理机制建立过程中，要集中改善电网结构，按照联结电源和负荷点的电网结构,

提高供电项目的可靠性，减少运行方式的复杂性，确保组合结构得以有效优化，并且相关交

流同步电网的优化运行提供了更加有效的发展渠道。交流同步电网上的发电机需要实现同步

运行，升级换流站和直流线路的稳定性升级。并且，为了进一步减少风电场并网对电网的冲

击，项目管理人员要利用双向晶管装置集中解决其电能质量管理问题，采取更加有效的处理

措施，降低冲击电流的同时，采取更加系统化的启动方式，确保限制风电场并网冲击电流能

减少不良反应。

2.3提高电网的稳定性

对于提升整个电网的稳定性，首先需要通过计算风速和负荷变化对风电场输出有功功率

和无功功率影响，然后安装分组投切电容器，但是这种电容器不能对连续波动的电压进行有

效调节，还需要安装静止无功补偿器，这种设备可以有效调节无功补偿功率的大小，并且针

对连续性的电压波动，提供相应的电压支持，提升整个系统的性能稳定性。其次，还需要安

装超导储能装置（SMES）,这种装置能量密度高，而且可以快速吞吐有功功率。利用基于

GTO的双桥结构换流装置，SMES可以在四象限灵活地调节有功和无功功率，为系统功率不足

的地方提供补偿。这样就可以降低输出功率的波动，使得电压得到稳定，提高了电网的稳定

性。

2.4调整电网结构

由于供电系统中部分负荷的非线性、冲击性以及不平衡的用电特性，造成了诸多电能质

量问题，电压波动和闪变就是其中之一。对此，我们可以采取措施，提高并网风电机组中公

共连接点短路容量比和采用适当的线路XR比求限制电压波动和闪变；在风电机组中，使用

双向晶闸管进行调控，降低风电场在并网过程中产生的电流冲击，使其流量不低于1.2倍，

不高于15倍。引入QWD电力区域安全稳定控制设备，对电网安全稳定运行进行控制，该软

件设备拼装灵活，硬件和软件设计上均考虑到电力安全性能，能够双重保证设备运行稳定和

灵敏性。

结语

近年来，随着我国风电的快速发展，特别是单风电场规模越来越大，制约风电发展的

“瓶颈”是电网建设。因此，必须将风电纳入电网规划的主要电源之一，统筹规划火电、水

电、核电、风电等电源，才能从整体上优化电网，保障了电网的安全性、可靠性、经济性等

方面，从而使电网企业与社会的经济效益最大。

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