《风力发电对电力系统运行的影响》
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摘 要：目前全球能源消耗速度逐年递增,大量能源的消耗,带来十分严重的环境问题,如气候变暖、生态破坏、大气污染等,且传统的化石能源储量有限,过度的开采利用将加速其耗竭的速度.由于发电结构长期不合埋,火电所占比例过大,由此带来了日益严重的燃料资源缺乏和环境污染问题.对于可再生能源的开发和利用变得颇为急切.在各种可再生能源利用中,风能具有很强的竞争力.风能发电在技术上日趋成熟,商业化应用不断提高,是具有大规模开发利用前景的可再生资源.
关键词：风力发电;发电质量;稳定性
引言
我国在可持续发展道路上,着重开发可再生资源是满足当前电力需求供应的主要渠道,风力发电便是其中之一.依据风力发电控制系统工作原理,风速大小变化对发电量具有一定影响,随着风速的增加,发电量逐渐增多.虽然风速增加对发电量的提升有所帮助,但是对电力系统的稳定运行造成影响,本文将对此展开研究.
一 风力发电对电力系统的影响
1、1风力发电场的规模问题
目前,我国正在进行全国电网互联,电网规模日益增大.对于接入到大电网的风电场,其容量在电网总装机容量中占的比例很小,风电功率的注入对电网频率影响甚微,不是制约风电场规模的主要问题.然而,风能资源丰富的地区人口稀少,负荷量小,电网结构相对薄弱,风电功率的注入改变了电网的潮流分布,对局部电网的节点电压产生较大的影响,成为制约风电场规模的重要问题.
风力发电的原动力是不可控的,是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况,风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点.在现有的技术水平下风力发电还无法准确预报,因此风电基本上是不可调度的.
1、2对电能质量的影响
风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的,影响电网的电能质量,如电压偏差、电压波动和闪变、谐波以及周期性电压脉动等.电压波动和闪变是风力发电对电网电能质量的主要负面影响之一.影响风力发电产生波动和闪变的因素有很多%随着风速的增大,风电机组产生的电压波动和闪变也不断增大.并网风电机组在启动、停止和发电机切换过程中也产生电压波动和闪变.风电机组公共连接点短路比越大,风电机组引起的电压波动和闪变越小.另外,风电机组中的电力电子控制装置如果设计不当,将会向电网注入谐波电流,引起电压波形发生不可接受的畸变,并可能引发由谐振带来的潜在问题.
1、3对稳定性的影响
风力发电通常接入电网的末端,改变了配电网功率单向流动的特点,使潮流流向和分布发生改变,这在原有电网的规划和设计时是没有预先考虑的.因此,随着风电注入功率的增加,风电场附近局部电网的电压和联络线功率将会超出安全范围,严重时会导致电压崩溃.
由于采用异步发电机,风电系统在向电网注入功率的同时要从电网吸收大量的无功功率.因此,为了补偿风电场的无功功率,每台风力发电机都配有功率因数校正装置,目前常用的是分组投切的并联电容器.电容器的无功补偿量的大小与接入点电压的平方成正比,当系统电压水平较低时,并联电容器的无功补偿量迅速下降,导致风电场对电网的无功需求上升,进一步恶化电压水平,严重时会造成电压崩溃.
1、4对保护装置的影响
为了减少风电机组的频繁投切对接触器的损害,在有风期间风电机组都保持与电网相连,当风速在起动风速附近变化时,允许风电机组短时电动机运行,因此风电场与电网之间联络线的功率流向有时是双向的.因此,风电场继电保护装置的配置和整定应充分考虑到这种运行方式.
异步发电机在发生近距离三相短路故障时不能提供持续的故障电流,在不对称故障时提供的短路电流也非常有限.因此风电场保护的技术困难是如何根据有限的故障电流来检测故障的发生,使保护装置准确而快速地动作.另一方面,尽管风力发电提供的故障电流非常有限,但也有可能会影响现有配电網络保护装置的正确运行,这在最初的配电网保护配置和整定时是没有考虑到的.
二 风力发电对电网影响的解决措施
2、1风力发电规模的科学设计
为了有效解决风力发电规模的问题,需要采取相应的措施,解决面临的问题,目前国内外对于风力发电规模的研究,首先基本上依据风电穿透功率极限与风电场短路容量比这两个指标来判断风力发电规模的大小.在风电穿透功率极限这个概念中,需要注意风电穿透功率与风电场装机容量和系统总负荷有关,两者之间的比例就能确定风电穿透功率的大小,而风电穿透功率极限,就是风电穿透功率的最大值,反映出最大的风电场装机容量.在具体的分析过程中,该区域常年的风源,在风轮高度上的年平均风速应不小于6/每秒,就可以建设风力发电设施.
2、2增强电能质量
为了有效提高风电系统并网后的电网供电质量,需要采取有效地措施改善电网结构.并网过后的连接点短路比和电网线路是影响风电系统电压和闪变的重要因素,其中公共连接点短路比与风电系统的电压波动以及闪变成反比,短路比越大,电压的波动和闪变就会越小.同时,安装合适的电网线路也可以有效降低电压波动和闪变.当然也可以使用电子装置,降低风电场并网过程对电网造成的影响.
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（ES）,这种装置能量密度高,而且可以快速吞吐有功功率.利用GTO的双桥结构换流装置,ES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保护装置的设计
目前对于保护装置的设计,首先在安装方面都是从终端变电站安装和整定.其次在具体的过程中,主要是通过孤岛保护、低压保护等措施来对于发生故障的风电机组进行逐一排除,断开与电网的联系,等恢复正常以后,继续连接使用.最后,就是由于风力发电的规模越来越大,可能这种装置的功效的稳定性就会受到较大的影响,不一定能及时发挥作用.
三 结束语
风力发电作为一种绿色能源有着改善能源结构.经济环保等方面的优势.也是未来能源电力发展的一个趋势.但风力发电技术要具备与传统发电技术相当的竞争力.还需进一步改善其并网性能.降低风电并网对电力系统的运行带来的负面影响.
参考文献：
1风电对电力系统运行的价值分析,贾海清,马知宏.中小企业管理与科技,（上旬刊）2016（07）
2风力发电对电力系统小干扰稳定性影响述评,和萍,文福拴,薛禹胜电力系统及其自动化学报.2014（01）
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