風電場對電力系統穩定性的影響

傅鍇

摘 要：隨著我國經濟發展速度的不斷加快，能源及環境問題已經成為危害社會發展的首要問題，因而必須開發新的可再生資源，風能發電是未來發電的一種趨勢，近些年來風力發電技術發展正在日趨完善化。但是與此同時，而風電場對電力系統穩定性有一定的關聯性，文章中主要分析了風電場接入電網對電力系統穩定性的影響，針對其存在的問題給予完善的解決措施。

關鍵詞：風電場；電力系統；穩定性；影響

中圖分類號：TM614；TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0064-02

基于現狀分析來看，風能發電在實際應用中取得了良好的效果，而且風能屬于可再生能源具有良好的應用前景。由于風電機組類型的差異性，他們的結構也有著一定的區別，因而對于電網穩定性的影響也不同，風電場在接入電網時需要綜合考量，降低其對電力系統穩定性的影響，提高發電效率。本文中針對風電場對電力系統穩定性的影響展開論述，然后提出相應的解決方案。

1 風電機組技術

風能作為可再生資源在實際生產生活中得到了大面積推廣，而風能發電是現階段電力系統傳輸的一種有效形式。通常情況下，風力發電機組，按照速度控制能力，還有應用功率控制類型，主要可以分為四種類型：分別是鼠籠式異步感應發電機、繞組式異步感應發電機、雙饋感應發電機、多級永磁同步發電機，其中，針對第一種類型來說，它的結構相對比較簡單，而且效率相對較高，最關鍵的是無需時常維護，因而在實際生產生活中應用范圍最廣。

然而異步感應風電機來說，其在發出有功功率過程中，基本同步吸取無功功率，必須加裝無功補償；除此之外，感應電機在啟動過程中，相對應的電流涌流較大，必須借助軟啟動裝置。而對于雙饋感應發電機，其自身具有諸多優勢，具體表現在以下幾個方面：

第一，針對風力發電機來說，其能夠最大可能捕獲風能；

第二，降低在運行過程中的應力，主要是機械部件位置應力；

第三，具有較寬轉速運行范圍，這樣才能適應風速的變化，繼而帶動風機轉速變化；

第四，針對有功及無功功率而言，可以有效實現兩者的解耦控制，應用靈活控制策略，在某種層面上能夠優化有功功率，而且還可以完善無功功率；

第五，促使25%-30%的發電機功率，借助電力電子裝置轉化，然后轉化介入電網，這樣電能推廣就會不斷遞增。

2 電壓穩定性

2.1 異步感應電機風電場

電網運行過程中需要綜合考慮多種因素，特別是針對大范圍風電機組，由于其切機帶來一定的問題，較為明顯的是電壓穩定。

針對一般大容量發電廠來說，推出運行系統時，因為忽然失去大部分無功注，將會容易發生電壓崩潰危險。針對被切風電場機組，其屬于感應發電機類型，那切機效果正好相反，從某種程度來說，極易形成較多的無功富余。

異步感應電機風電機組而言，其風電場具有自身的特點，假設其輸出有功功率有所遞增，相對應的無功功率也隨之遞增，與此同時，因為線路輸送過程中有功功率遞增，將會引發線路電抗無功增長，并且和線路電流平方成正相關。所以不論是對風電場來說，還是其等值線路，其總無功負荷輸出相對較高，特別是在風電出力較大的前提下。

假設機端并聯電容器，其提供無功功率，和線路充電功率，兩者之和基本上高于風電場的無功功率，在這樣的前提下，風電場機端電壓情況能夠得以改善。因為風電場無功源，一般情況下都屬于并聯電容器性質，因而其輸出無功及電壓值，從某種程度來平方成正比，而且不能給予足夠無功支持，促使其電壓穩定性降低。

2.2 雙饋感應電機風電場

雙饋感應電機，其自身具有非常顯著的優勢，不僅能夠實現有功解耦控制，而且還可以無功解耦控制。所以，基于雙饋感應電機，其變速風電場無功存在決定性因素，即與雙饋風電機組監控有關。通常情況下，雙饋風電機組，由其構成的風電場，在某種程度上可以控制風電場出口，還有電網之間無交換，存在的無功功率，也就是說在整個風電場內，基本上來說是不消耗無功的。

因此，風電場、等值線路，兩者之間的無功消耗，屬于系統無功負荷，相較于上述電機風電場，該風電場無功消耗逐步變小，而且其電壓穩定性較為明顯，相較于上述風電場具有自身的優勢。

2.3 對短路電流的影響

從目前情況分析，現階段應用率較高的當屬異步發電機，一旦風電場接入電網，將會在某種程度增加相應的短路電流，因而短路電流成為非常重要的參考指標，必須考慮對其的影響。短路電力自身衰減速度較快，而且具有極高的初值，在參考風力機裝機容量時，還需對短路電流實施計算，主要針對所有電網節點處，通過計算結果推動是否超出額達容量。

風電場并網可以造成非常不利的影響，尤其是對電網短路容量影響甚是嚴重，伴隨短路容量的遞增，將會有可能破壞電網保護裝置，超出容量最大值。在存在故障的前提下，風電組電路系統必須發揮自身的職能作用，有效配合電網保護裝置，降低對電網不良影響。

2.4 風電并網于電網沖擊

針對異步發電機來說，在并網過程中必須要注意，需要其相序和電網一致，特別是在轉速方面盡量是同步效率，由此才能促進并網順利進行。異步發電機自身存在一定的缺陷性，沒有勵磁裝置，而且發電機自身并不存在電壓，在并網過程中，需要有一個過渡過程，并且在過程中形成沖擊電流，其電流值高出額定電流，歷經幾s之后進行穩定狀態。而沖擊電流的大小，主要是與以下因素有著密不可分的關系，如電網電壓、發電機暫態電抗、并網滑差等等，必須引起足夠的重視。

3 頻率穩定性

整個電力系統而言，必須是相同頻率運行，針對電力系統來說，其產生的電能，還有消耗電能基本持平，從某種意義上來說，頻率是非常重要的參考值，是系統能量產生及消耗的參考指標，例如：電力系統中，假設其發出電能過剩，與此同步發電機就會加速，隨之系統頻率增加；反之，發電機將減速，系統頻率下降。

針對電網來說，當其出現頻率較大的降低事故，系統的慣量將會發揮自身的功能性作用，主要對頻率降低變化率有一定的影響，可以說發揮決定性作用，慣量越低，系統頻率降速相對較低。假設電網增加相關元素時，比如同步發電機，相對應的就會增加電網慣性；但是因為電氣特性的差異性，風力發電組不可能具有上述屬性；而針對較為嚴重頻率事故，降低所有慣量響應是存在威脅性。

近些年來，針對風電樁機容量而言，其在系統中的比例不斷遞增，而風電并網之后，系統頻率是否具有安全性，或是頻率的穩定性，這些都是值得探討的問題。

風力發電功率的遞增，在某種層面上對于電力系統有著非常大的影響，確定這一情況之后，需要解決一個非常關鍵性的問題，就是機組慣量響應。

針對規模較大的風力發電機，當其接入電網之后，將去取代系統中部分發電機組；假設風電機組不能發揮自身的性能，不具備慣量的功效，將會降低系統慣量，而且將會對電網頻率穩定性有著一定的影響。

針對類型存在差異的風電機組，其在結構上也是不同的，一旦接入電網將會產生非常不利的影響，特別是對電網頻率穩定性有著極強的影響，而且是程度不一。恒速風力發電機組，選取感應發電機能源的轉化，將機械能經過轉化成為電能，對于這個類型的發電機組來說，難以有效控制頻率，而且電壓調節也很困難；但是，因為轉速及系統頻率兩者之間存在必然聯系，利用變速箱形成耦合關系，一旦系統頻率下降，從某種意義上來說，將可以帶給電網慣性響應，而響應的大小，將是由兩種元素決定的，其一是轉子上能量，其二是頻率變化。

而在變速風力發電機組，直驅式發電機，相對應的發電機組，可以有效將風能變成電能，再記住電力電子裝置，然后并入電網；而基于DFIG風電機組來說，可以直接接入電網。根據研究顯示，應用恰當控制策略，將能夠增加輔助控制，從而促使雙饋感應發電機機組更好的發揮自身的作用，給予慣性響應，繼而對電網可用。

4 結 語

總體來說，風能發電已經成為現階段電力運輸的一種有效形式，然而由于發電機組的差異性，風電場對電力系統穩定性有極大的影響，最終關系到發電系統的正常運行。本文中主要論述了現階段風電場風電機組對于電力系統運行的影響，并根據于此給予相應的解決方案，以此促進電力系統穩定性的實現。

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