摘要：随着近年来人们对于电能的需求量不断增加，为了满足人们的需求，电力企业不断寻求新的电能供应方式，风能发电作为一种清洁、环保的发电手段，其受到了社会各界的重视。然而，风力发电本身具有随机性与间歇性，大容量风电并网会使得电力系统原本的稳定性受到严重的影响。因此，在大容量风电并网的过程中，需要对其中的各个程序都加强评估，以实现电力系统的稳定性。本文针对大容量风电并网对于电力系统安全稳定的影响加以论述，并提出对应的改善途径，希望能够有效地实现我国电能供应的稳定。
关键词：大容量风电并网；电力系统；安全稳定；改善途径
能源是国民经济发展的重要基础，是人类社会进步的必要物质保障。随着经济发展的不断推进，能源与国民经济的矛盾也在不断深化。而该种矛盾的激发，使得我国注重于能源的开发。风力发电作为一个新型产业，其能够满足社会对于电能需求，又能够有效地降低环境的污染，其在能源结构中的地位不断突出。然而，风能具有随机性与不可预测性，导致其产生电量也具有一定的限制。
一、风电并网的概述
风力发电机组采取的是异步发电机技术，其静态特征与暂态特性具有自身特性。风电场介入电网将会对其地区电网的电压造成一定的影响，原本地区电网是根据地区的使用状况与生产状况所做出的具体性调整，其具有一定的稳定性，而风电的引入，就会导致其本身的格局遭到破坏，从而稳定性产生一定得到影响。这种影响对于电网运作具有一定的不利性，因此，需要在实践中对其进行研究，并采取一定的措施来加以规避。风电并网是风力发电发展到一定程度的必然途径，可以有效地节约电网供应系统的成本，从而实现资源利用最大化。然而，风电并网中，会存在两个供电模式，这种模式之间属性不同，会发生一定的作用，使得其不稳定。
二、大容量风电并网对电力系统安全稳定的影响
1.电压稳定性
大多数风力发电机为异步发电机，在发出有功功率的同时还需要从电网系统系统吸收无功功率。而风电场对这部分无功功率是导致电网电压稳定性下降的主要原因，当风电场的发电容量较大时，这部分无功功率就会增大，相应的电网对风电场的控制作用就越小，电网电压的稳定性也越低，而电网电压的稳定性又包括静态电压稳定和暂态电压稳定。
a.静态电压稳定性
所谓的静态电压是指整个电网系统在运行的过程中，电网电压相对稳定运行时所产生的电压，它的稳定性与电力系统的负荷性极限功率密切相关。一般来说，如果风电场的有功功率能够使负荷特性极限功率增加，那么静态电压稳定性就会增加。反之亦然。但是我们必须考虑到大容量风电并网时所需要的大量的无功功率，这很有可能导致电压稳定性降低甚至电压崩溃现象。这种现象的产生主要和电力系统的无功供给量和电力发电机的运行点分布两个因素相关。当电力系统的无功供给量足够多是，无论大容量风电并网的容量有多大，都可以增加电力系统静态电压的稳定性。
b.暂态电压稳定性
多数情况下，大容量风电并网引起的电网电压稳定性的现象都是一个动态的范畴，也就是说，当电网电压出现大范围的波动时，电力系统会通过其他保护装置对电压进行调节，而调节的过程就属于一个动态的范畴。当风力发电机接入电力系统启动的瞬间，会对电网产生较大的电力冲击，从而影响电压的稳定性。而且当风力发电机的风速超过切出风速或者出现故障后，电力发电机就会自动退出并网状态，此时就会导致电网电压的突然骤降，导致电网运行不稳定。而为了解决这样的问题，就需要风电机组具有良好的低电压穿越能力，即当大容量风电并网出现电压跌落现象时，风电场能够持续并网并向电网提供少量的无功功率，从而使整个电网的电压恢复稳定。总的来说，影响大容量风电并网对电力系统暂态电压稳定性的因素主要包括：一是电网系统的强弱，主要是指无功补偿的大小；二是风机的种类；三是风机的气动功率调节。
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2.频率稳定性
为了保证电网的安全稳定运行，电网一般会保留2%-3%的机组旋转备用容量，以应对由于新能源并网产生的频率偏移和频率不稳定的现象。由于风力发电的不稳定性、波动性等特点，其发电出力会随着风力的大小变化，为了确保电网系统能够正常供电，电网需要根据并网的风电容量来确定相应的旋转备用容量。一般来说，电网旋转备用的容量的多少与风电场并入电网的容量成正比。而对大型电网来说，因为具有足够的备用容量以及良好的调节能力，通常情况下不考虑比率稳定性的问题。而部分孤立运行的小型电网就需要考虑由于大容量风电并网产生的频率稳定性的问题。
3.谐波稳定性
大容量风电并网会对电网的谐波稳定性产生影响，而这种谐波的来源主要有两种方式：一种是风力发电机本身配备的电力电子设备所引起的谐波。不同的风力发电机对电力系统产生的谐波问题不一样。对于恒速风力发电机来说，谐波问题的产生主要是风力发电机在软启动的过程中，需要利用电力电子设备相连接，相应的就会产生一定量的谐波。但是这种谐波产生的次数比较少，且持续的时间不长，对电力系统的谐波稳定性影响不大。而对变速风力发电机情况就有所不同，变速风力发电机是通过整流和逆流装接入电力系统，一旦电子电力设备的切换频率在产生谐波的范围内，就会产生较为严重的谐波问题，从而影响则个电力系统的稳定性。一种是风力发电机的并联补偿电容器与系统线路电抗发生谐振和引起的谐波。当并入电网系统的发电机组台数过多且均是变速恒频时，就很容易造成电网系统局部产生过高的谐波电压，对电网的电压稳定性产生直接影响。
三、大容量风电并网下确保电力系统安全稳定的措施
1.选择远离负荷中心建设大规模风电基地
大容量风电并网后，一方面是会直接增加了并网后电网的管理压力，并且由于无功功率差异较大，还有可能造成电压波动等情况，增加了电网系统出现故障问题的概率。为了解决这一问题，一种方法是在大容量风电并网之前，提前做好风电场与电网无功功率的调节工作，避免差异过大。但是实际操作起来具有一定难度；还有一种方法是在距离电网负荷中心较远的位置，新建大规模风电基地。这样在风电并网后，由于电网运行中的电压负荷较小，并不会产生明显的影响，从而保证了电力系统的稳定。
2.提高低电压穿越能力
风电并网后由于无功功率输出不稳定，导致电网系统的电压不稳定，为了避免电压的突变增加电力设备运行负荷，引起设备故障，需要提高电力系统低电压穿越能力，以保证在无功功率变化的情况下，电力系统仍然保证相对的稳定。基本原理是：当无功功率波动变化幅度超过设定值时，由于增加了电网运行损耗，会导致局部直流端的电压降低，当电压低到一定程度后，还会增加风电机组运行负荷。提高低压穿越能力，可以让电网中的电力设备在低压环境下也能够保持低损耗运行，从而维持了电力系统的安全与稳定。
3.加快风电场集中控制系统的研发与应用
新技术的应用在推动大容量风电并网以及保障并网后电网运行安全方面发挥了至关重要的作用。近年来，国内的一些大型风电基地（如酒泉等）在这一方面已经取得了突破性成果。例如，将风电场集群控制系统投入应用，可以根据对电网系统运行参数的监控与采集，自动完成风电机组、无功补偿装置等设备的运行控制。另外，在风电并网后，引入新的继电保护装置，这样即便是电网运行过程中发生单相接地故障，也可以及时将故障源隔离起来，保证了电网运行的安全性。
四、结束语
综上所述，大容量风电并网对电力系统提出了更高要求，电力系统现有供电能力和设备运行情况很难满足大容量风电并网的实际需求，在具体运行中容易引起不稳定问题，严重影响供电的质量和安全，因此针对实际运行问题，采取有效的应对措施意义重大。
参考文献：
[1]杜娜娜.风电并网运行对华北某区域电网安全稳定影响分析及其对策研究[D].华北电力大学,2014.
论文作者:李连字
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/8
标签：电网论文; 电压论文; 风电论文; 稳定性论文; 大容量论文; 谐波论文; 电力系统论文; 《电力设备》2019年第14期论文;