风电并网对电能质量影响的简单分析

风电并网对电能质量影响的简单分析

王东

（华能酒泉风电有限责任公司甘肃兰州730070）

摘要：风能的开发受到国家与社会的一致关注，与风电相关的技术在迅速发展。伴随着风电与配电网之间关系越加密切，风电并网所引起电压稳定的相关问题也越来越受到人们的密切关注。本文的研究正是在此背景之下展开，概括的对风电技术等基本原理进行总结，分析风电发电系统与配电网络之间的相互影响，并分析风电并网谐波电流对系统电压稳定等方面带来的一系列影响，最终根据所得的实验数据结论得出风电并网谐波电流对电力系统稳定产生怎样的影响并提出解决方案。

关键词：风电并网；电压稳定；电能质量

引言

风能是新能源的一种，由于风速和风向是随机变化的，所以风电厂输出的电量也是随机的。因为风能独特的特点使得风电厂的容量可信度降低，也会给电网在有功无功的调度方面造成很大的困扰。如果遇到特大风或者特别恶劣的天气环境时，为了保护风电机组整体设备不受损害，工作人员进行切机。因此，这些情况对风电并网稳定性都会带来很大的危害。为了提高风电并网稳定性，分析其影响因素是必要的。

1、基本原理

风力发电就是利用风的推动力使发电机转动而输出电能，其运行的工作原理是空气流动产生的风能会推动风叶转动，风轮的轴带动发电机使其运转，实际上就是把风力产生的机械能转换为电能。风力发电系统主要由风力发电机、整流御荷环节、逆变环节以及传输环节等共同组成。该系统由智能开关控制系统控制风力发电机组的工作状态；由逆变器控制电能的转换；由电缆负责电能的传输；再加之一些辅助配件共同组成风力发电系统

2、电能质量对风电并网的影响

图1为我国已建，在建和规划建设的风电厂位置图。风电已经在我国广泛的应用，但还存在许多问题对电能质量造成影响。电压波动和闪变是风电并网时常出现的两种影响电网质量的结果，追其本质原因是由于风能不稳定导致输出波动。风电机组运行过程中的不稳定因素和风能的不稳定性相结合就会导致最后电能输出的不稳定，要想把这些不稳定的电能利用起来对电网本身就是一个很大的考验。如果电网不够稳定和强壮，风电并网产生的电能就会对电网本身造成很大的冲击，会出现电压波动、闪变、电压偏差、谐波等问题[1]。

2.1电压波动和闪变

电压波动和闪变对于风场并网来说是一个很常见的问题，因为风能的不稳定导致并网后电能的不稳定，导致并网后电压的波动。那波动的程度由电网无功波动和电网短路容量来决定。而闪变的程度是由电压波动决定的。电压的波动主要由三个因素引起的。风电机组启动瞬间会产生很大的电流和电压，这股电流和电压对并网会产生严重的冲击，并且会持续很长时间，如果风电机组设备较多这种冲击会更加明显。因此，一般并网时风电机组会分开并入，并且间隔时间也要满足要求以免造成不必要的冲击对电网。

2.2谐波污染

图1我国已建，在建和规划建设的风电厂位置图

电网中应用的电压信号都是正弦波，并且电流信号也是同频率线性的。但是当正弦电压信号与非线性元件一起使用时，元件就会出现非线性的电压和电流属于电压电流畸变，这种现象产生的原因主要是当正弦电压信号与非线性元件一起使用时，非线性元件会产生谐波电压和谐波电流。这些发生畸变的电压和电流通过并网被送到电力系统时就会对电网产生很大影响，导致电网质量下降，所以必须采取必要措施以免对电力系统中其他电子元件造成危害，影响电力系统的安全运行。

2.3频率偏差问题

风电厂并网时由于输出功率与电网有区别，导致风电厂的并网电压对电网电压以及电力系统频率会有一定程度的影响。风电厂的切出速度与风速有密切的关系，当切出速度小于风速时，风电厂要脱网停运；当当切出速度大于风速时，风电厂也要停机脱网。只有在两者之间时才能正常运行，而这种突然的脱网对电力系统的频率有一定的影响。

3、风电并网对电能质量影响的治理

3.1风电场对无功补偿装置的要求

目前，风电场无功补偿装置可分为动态补偿装置和静态补偿装置，它们各有优势适用于不同的情况。前者容量稳定适用于系统正常运行时的无功补偿。例如，变压器的运行损耗可以通过异步电机端口的并联电容器来解决，后者的容量变化很大通常用于补偿风速扰动或故障吸收的无功功率，在运行过程中异步电机本身不能调节无功功率，在发生有功功率时也吸收无功功率进行励磁。如果在这个过程中发生故障，将会吸收更多的无功功率。如果发生故障或扰动，系统将吸收更多的无功功率。这就要求风电场本身具有一定的无功调节能力，即在风电场并网点安装动态无功补偿装置，以补偿风电场中变化的无功功率。该装置必须足够灵敏，以监测风电场无功需求的变化，并且必须能够实现快速调节和平稳过渡，从而实现无功功率在电场中的平衡，保证电网质量。

3.2无功补偿装置性能

如上所述，无功补偿装置可分为静态和动态两种类型。接下来，我们将详细介绍这两种补偿装置，静态无功补偿具有固定阻抗，因此只能用于补偿固定无功需求。由于系统故障时无功需求的变化，难以实现无功补偿。目前常用的并联电容器和饱和电抗器都属于这种装置，并非单独使用而是与动态补偿装置一起使用。动态无功补偿装置包括范围较广的同步调相器、晶闸管开关电容、静态无功补偿器、静态同步补偿器等。其阻抗可以改变，所以也可以根据具体的无功功率需求进行调节，及时根据无功功率的容量进行补偿和电压支持，这两种类型的设备都有自己的特点，在电场无功补偿的具体应用中应从自身的实际情况出发，选择合理的匹配，以改善电压偏差和波动问题，从而提高电网质量。除了上述技术手段的改进外，我们还需要做好其他的基础工作，如电网中一些接触不良将导致三次电压不平衡，这就要求我们做好维护工作，相关人员应严格遵守规范，首先从细节上规范自己，先从细节处规范自己，避免人为因素的影响。清洁环保的风力发电是一种符合我国发展理念的能源供应方式。虽然在风电并网过程中还存在一些问题，但不能妨碍风电并网的连续运行，无论如何这对我国的发展是非常有利的，随着科学技术的发展和我国实力的不断增强，我相信会有更多的办法来解决风电一体化带来的质量问题，最终实现电网的稳定运行，为我国的建设和发展提供能源。

结束语

风电并网会产生一系列的问题，如电压偏差、电压波动等，但通过应用一些补偿装置和其他技术手段，这些问题可以得到很好的控制，从而减少对电能质量的一系列影响。我们的工作人员应该积极探索并与新的科学技术相结合，进一步降低其对电网的影响，确保中国电网的稳定运行。

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