摘要：随着时代的快速进步与科学技术的不断提升，风力发电作为一种新能源，对于提高环境质量和优化能源结构起到重大的作用。然而，随着风力发电的规模不断扩大，其对电网电能质量和稳定运行的影响也在加强。本文在阐述我国风电发展的基础上，简述了风力发电对电网电能质量和电网稳定性的影响，对具体的解决措施进行了总结，旨在为相关领域的专业人员提供参考。
关键词：风电并网；电能质量；影响；治理
引言
风力发电具有环保清洁的特点，是现在非常流行的一种可再生能源的一种利用方式，对缓解我国的能源危机，实现可持续发展战略具有重要意义。我国风力发电经过一段时期的发展，已经具备一定的规模。但是风力发电并网却对电能质量产生了一些不良的影响，严重阻碍了风力发电的持续发展。因此，做好风力发电并网对电能质量影响的研究，积极采取措施进行治理，是我国现阶段不可推卸的责任。
1风电并网对电能质量的影响
1.1谐波电压问题
风电机组的发电机自身产生的谐波问题不会造成太大的影响，基本是可以忽略的，但是风电机组中的一些电力电子原件却会产生较为严重的谐波，影响电能质量。定速风电机由于不涉及到电力电子器件的参与，也就基本不存在谐波的影响，在工作过程中，软并网装置虽然产生了谐波电流，但是时间较短，也可以忽略。但是变速风电机组的谐波问题却是不能够忽略的，变速风电机组含有大量的电力电子原件，直驱永磁同步的风力发电机组其交至交变变频器主要是采用整流后进而接DC/DC来进行转换，在电网一侧主要采用逆变器的方式来输出恒定频率以及电压三相交流电，而其谐波的产生也主要是这个过程中，对于双馈式的异步发电机组来说，其定子绕组是直接接入到向相应的交流电网中的，其转子绕组的端接线是经过三只滑环引出，进而接入到相应的双向功率变换器，定子的绕组端口在并网后是始终在进行电功率的发出，由于其也是使用交直交的变频方式，因此，对于那些未被利用的电能就会返回到电网中，这样就会和电网的原波形发生叠加，进而对波形造成影响，也就形成了谐波，从而影响电网电能的质量。
1.2风电并网引起的无功电压问题
配电系统对电能的输送受到风电特性的影响，风能的随机性和不稳定性时刻影响线路中有功功率的稳定。有功功率的变化会引起电网线路充电功率上下冲击，进而使电网的电压产生波动，进一步对电能质量造成影响。由于电网中配置了动态无功补偿设备SVC/SVG装置，可以对系统中的无功功率起到一种平衡作用，但是由于受到无功分层平衡原则的限制，无法满足整个系统的无功需求，在风电场送出线路中产生的无功电压和由风电基地输送线路产生的无功电压问题还得不到有效解决，从而大规模风电基地无功电压控制矛盾突出。
1.3风电并网引起电压波动和闪变问题
对于传统的电力系统，大容量的冲击性功率装置是造成电压波动和闪变的主要因素。而在风电系统中，主要是由于风的自身特性导致的电压不稳定。由于风速的不确定性，风速的变化会直接引起风电机组转速变化，从而使风机的输出功率产生震荡，进一步引起电网电压波动。电压波动的出现引起了较为明显的闪变情况。在风电机组并网过程中，由于变速机组对实际风能状况的反应和恒速机组对具体风能的吸收状况不同，风机的启动、发电机的倒闸操作，会使风机输出不稳定的功率，从而在风电机组并网的节点处引起电压波动和闪变。风电并网对系统产生的电压波动和闪变问题是由多动因素共同作用的结果，比如，风电机组容量的差异性，风电机组在电网系统中的并联模式以及风能的独特性质等因素。电网电压的波动会引起多种用电事故，使照明设备无法正常工作，干扰精密电子仪器的工作，影响电机设备的平稳运行。
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1.4三相电压不平衡问题
在不平衡的风电电网电压的影响下，其发电机的内部定子和转子的电流、电压的波形都已经发生了明显的变化，其机端的电压以及电流也发生了一定的变化，并且随着电网的电压不平衡程度的不断增加，其输出特性的波形波动的程度也在不断的增加，另外，对着其不平衡度的增加，风机的输出无功功率以及有功功率、定子侧部分的有功功率以及无功功率的脉动幅度值也在不断的升高，因此这些原因对电网的电能质量造成了很大的影响。
2风电并网对电能质量影响的治理
2.1风电场对无功补偿装置的要求
现阶段风电场采用的无功补偿装置主要可以分为动态补偿装置和静态补偿装置两种，这两种各具优点，适用于不同的情况。前者具有稳定的容量，适用于系统正常运行时的无功功率的补偿，比如变压器的运行损耗，就可以通过在异步机的端口处并联电容器来解决。后者的容量变化较大，一般用来补偿风速扰动或者发生故障时所吸收的无功功率。在运行过程中，异步机自身是不能够进行无功调节的，并且在在发出有功功率时还要吸收无功功率来进行励磁。如果这个过程中发生了故障，那么需要吸收的无功功率就会更多。若发生故障或者扰动，则从系统吸收的无功功率更多。所以这就要求风电场自身具有一定的无功调节能力，也就是说，需要在风电场的并网点加装动态无功补偿装置，从而对风电场变化的无功功率进行补偿，这一装置必须足够敏感，能够监测到风电场无功需求的变化；必须能够实现快速的调节和平滑的过渡。从而在电场内部实现无功功率的平衡，保证电网电能的质量。
2.2装设无功补偿装置
风电场在向电网输送电能时，风电场中的异步发电机需要吸收电网无功功率作为产生磁场的励磁电流，变压器、输电线路等感性设备也会吸收一部分无功功率，为保证不对电网电压及电网的稳定运行造成影响，在风电场的并网点处装设无功补偿装置，并且其容量能够满足风电场的最大出力。无功补偿装置主要有同步调相机，静电电容器，静止无功补偿器(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)，后两者在风电场应用较多，SVC相对经济，而STATCOM具有较高技术指标，因此，风电场在安装时，应考虑到成本和技术指标，合理选择无功补偿装置。
2.3应用储能装置
风力发电具有间歇性和随机性的特点，使风电的出力不可控，直接影响到电网的电能质量和电网稳定性，也为电网的调度增加了难度。而储能装置能将风电场产生的间断性电能输出存储起来，并在合适的时间通过变流器等装置输送到电网上，使其变为电网能够控制、利用、可调度的电能，避免了在负荷低谷时，风电场开始出力却不能将电能输入电网所导致的弃风现象。此外，当储能装置容量足够大，能够起到削峰填谷的作用，也可以充当备用电源，在负荷高峰期或电网发生故障时，为电网及用电设备提供电源支持。当风电场安装储能装置后，不仅能够改善电能质量和保持电网稳定运行，还提高了风电的利用率和消纳能力。因此，储能装置在风电并网中发挥着重要作用。
结语
现阶段，我国正在加快对能源结构进行调整和构建能源互联网，风力发电作为一种清洁和开再生能源，在该过程中起到重大的作用。因此，要着力解决风电并网对电网带来的影响，开发新型风机结构或技术，使风电场的并网达到稳定并网的要求，从而促进我国风力发电的快速发展，同时推动能源结构的调整和能源互联网的建设。
参考文献：
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［2］周明，冉瑞江，李庚银.风电并网系统可用输电能力的评估.中国电机工程学报，2019（22）.
［3］张丽英，叶延路.大规模风电接入电网的相关问题及措施.中国电机工程学报，2019（25）.
论文作者:吴佩録
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：电网论文; 风电论文; 电能论文; 电压论文; 功率论文; 装置论文; 机组论文; 《电力设备》2019年第22期论文;