李志轩
国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司 广西壮族自治区桂林市 541400
摘要：现如今风电并网规模明显扩大，传统电源在电网运行调控方面的能力被削弱，这就必须要重视电能质量与运行安全等问题。本文就风电接入对电力系统的影响进行阐述，进一步探究改善风电接入对电力系统影响的可行策略，旨在促进电力系统的安全可靠运行。
关键词：风电接入；电力系统；影响
风电接入电网后，在远距离输送大量风电功率的情况下，会影响线路电压水平，导致风电场存在较大的无功需求，电网线路无功损耗也明显加大。系统电压降低会导致并联电容器无功补偿量降低，进而导致电压水平恶化，甚至会瓦解电网电压。若此类问题得不到有效解决，势必会影响电能供应的稳定性，风电技术的发展也会受到制约。
一、风电接入对电力系统的影响
风能的显著特点在于，稳定性不足，且具有随机性，在总电网容量中，若风电装机存在较大容量，则会在一定程度上影响电网的稳定性与安全性，进而影响电力系统的可靠运行。在不同地理位置下，风力资源的分布风速也存在一定差异，受到电网结构控制方式、机组所受塔影效应等因素的影响，风电场输出功率的间歇性与扰动性也比较强。风电场规模较小的情况下，装机容量也相对较小，对于电力系统并不会产生强烈影响，但对于大规模风电场来说，其装机容量大，进而严重影响电力系统运行，主要体现在以下几个方面：
（一）电能质量方面
电网电能质量因风力发电的间歇性与波动性而受到影响，以电压波动和闪变为主要表现，谐波的影响也应当高度重视。在电力系统运行中，风电接入的情况下会给电网带来谐波，主要来源于两个方面，一是风力发电机自身存在电力电子装置，在并联电容或者电抗元件谐振的情况下会导致谐波效应加大。其二是基于无功补偿装置特性出发，并联电容器极易与线路电抗出现谐振情况，进而影响电能质量。
（二）电网稳定性方面
风电接入后电力系统的运行受到了一定影响，就传统配电网来看，功率方向主要是自配电变压器流向用户，但在风电接入后，功率可能与原有流向相反，因而电力系统设计存在一定难度。随机风能下风电接入影响了电网的正常运行。风力发电转速并不达标的情况下，功率与风速立方存在相关关系，受到不可预测风速的影响，风电电量变化在某一范围内也无法预知。电网峰谷差因风电功率波动而变大，电网调峰也较为复杂。在全网比重中，风力发电装机比重较小，对于电网的影响也比较小；若装机比重较大，则会对电网产生严重的影响。
稳态条件下，风电并网会在一定程度上提升接入点电压，在广泛分布式发电并网下，所接入电网中护荷功率占比为20%，线路功率损耗得以降低，电压水平也随之提升。也就是说，电力系统稳态电压分布情况会因风电接入而有所改变。
风电系统运行中装置保护至关重要，需保证风电机组连接电网，于一定范围内控制风速变化，这就需要把握风电场与电网之间功率流的双向性，对继电保护装置进行配置。
（三）继电保护方面
风电机组运行过程中，若投切的频率较高，极易对接触器造成损坏，导致接触器的使用寿命缩短。为有效控制这一频率，可保持风力发电机在有风期间与电网相连。若启动风速附近存在风速波动，风力发电机可采取短时电动机运行的方式。在风电场与电网之间联络线处，可能流过双向功率。
若电网末端存在配电网接入，则可应用三段式电流保护，系统故障时短路电流往往会对配网保护装置运行产生影响，因此在配置和整定保护装置的过程中需要进行综合分析。
二、改善风电接入对电力系统影响的可行策略
（一）提高电能质量
风力发电电压波动与闪变的出现，与SCR和X/R比存在一定关系，前者是并网风电场公共连接点短路比，后者是电网线路电抗电阻比。若SCR较大，则电压波动与闪变相对较小。有功功率会导致电压波动，若X/R比处于适宜状态，通过无功功率的电压波动能够对此进行补偿，使得平均闪变值降低。结合风电场实际出发，对电容器组或电抗器组进行合理设置，能够对电压变动进行合理控制，电压偏差也得以减小。
（二）保证电压稳定性
为降低风电接入对于电力系统的影响，可从无功补偿、双馈异步发电机和储能装置应用这三个方面入手来增强电压的稳定性。
就无功补偿来看，这一能力的提升在提高电压稳定性方面发挥着重要的作用。将电容器补偿容量合理提升，能够对风电系统产生积极影响，将短路故障后的稳定性提升。通过动态无功补偿装置的科学化应用，保证电压支撑的动态化，系统电压稳定性更强。
就双馈异步发电机来看（如图1），当前风电场中这一机型的应用较为常见，风电接入过程中双馈机组定子直接连接电网，以双PWM为支持，转子得以连接电网，转子交流励磁也得以顺利实现，转子交流励磁电流有功也因坐标变换而实现。通过双馈异步发电机的合理化应用，能够以灵活的方式来控制有功功率与无功功率，功率因数得以优化，即便是没有无功补偿装置，整个系统也得以安全稳定运行。
图1 双馈异步发电机
就超导储能装置来看，其显著优势在于，通过有功无功综合调节作用的发挥，来保证响应的时效性，转换速度较快，效率较高，能够满足有功功率与无功功率的调节需求，可独立控制有功与无功，整体操作较为灵活。通过该储能装置的科学化应用，使得输出功率波动得到明显降低，风电场电压更具稳定性。
（三）调整保护装置
配电网中风电场的接入是一项复杂的内容，为保证电力系统的安全可靠运行，需要就风力发电提供故障电流进行综合分析，对配电网保护进行合理配置和整定，以免造成不必要的影响。针对保护装置所进行的配置和整定，需要对风电场与电网现实情况进行分析，明确彼此联络线之间功率流向，以确保整定的合理性。一般情况下，结合终端变电站实际出发，以配电网保护为支持，及时排除系统故障，对低电压保护等措施加以合理应用，将风力发电机组逐台切除，把握风电场与系统状态，断开二者之间连接，待故障清除后可自动重新并网，但在大规模风电接入的情况下，此种方法可能会对系统运行可靠性造成影响。
三、结束语
在国家节能环保与可持续发展等相关政策要求下，可再生能源的发展受到高度重视，我国对于清洁环保型能源的需求也明显加大。在风力发电发展新阶段下，要重视能源结构的优化调整，从多个角度入手来供应能源，更好地应对气候变化，对生态环境实施保护，为经济的可持续发展奠定坚实的基础。
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