风电场并网对电网电能质量的影响探析

张亚峰

鲁能新能源（集团）有限公司河北分公司 河北张家口 076650

在社会主义现代化建设快速推进的当今时代下，社会生产对电力的需求逐渐增加，传统的电能生产方式显然已经不能满足节能环保工作的需求，各种新型绿色能源发展起来，受到社会各界的广泛关注。风能具有清洁、可再生的特点，生产电能的过程也较为安全，有效利用风能发电有助于社会经济效益、生态效益的提高，对可持续发展工作的稳步提升具有非常重要的意义。

1 风电新能源的基本特点概述

风电作为一种新能源，其工作方式是利用相关的设备将风产生的动能转为成为电能，而风能是一种清洁的、可再生的能源，风电近些年来在世界范围内受到各个国家的重视，我国也正在大力开展风电建设。从世界范围来看，经过相关的计算表明，世界当前可利用的风能资源储量比水力资源高出10倍左右。我国的风能资源也非常丰富，可以供开发和利用的风能储量超过10亿kW，我国目前风电装机超过2亿kW。风能是一种具有代表性的无公害、可再生的清洁能源，风电在一些水资源匮乏的地区发挥着重要的作用，例如我国的沿海城市、草原牧区、山地高原等地区，都非常适合使用风力发电的方式提供电力能源。我国对风电建设也给予了高度的关注，国家通过财政补贴的方式大力支持全国各地开展风电建设，取得了很好的效果，目前我国多个地区已经兴建了许多大型的风电场，对我国的电力能源输送起到了至关重要的作用。

2 风电场运行的特点

风力发电以风能为基础，可以对自然界的能源进行合理利用，并且还能够减少电能生产带来的环境污染。风电场通常建设在远离人群居住地的位置，环保价值非常高。但是受到某些因素的影响，风电场的并网运行生产的电能和社会对电能的需求仍然有一定的距离，需要后期的风电场工作中进行调整[1]。

3 风电场并网对电网电能质量所造成的具体影响

3.1 电网受风电的影响较大

风的速度是多变与不可控的，其增加了风电场处理的不确定性。同时，当前的风能发电技术水平偏低，产生的风电量相对较低，进一步增大了电网平衡调度有用功和无用功的难度。首先，从风电对电能质量的影响入手分析，传统风电单机的容量小，其通常使用并网便利与结构简单的异步发电机直接连接配电网。由于风电发电场分布在偏远地区，网络消耗大、电压相对较低，受冲击的接收性能相对较弱；因此，风电新能源给配电网造成的谐波污染与电压闪变的风险系数较大。其次，从风电对电网调度与规划的影响入手分析，风能相对于传统电源，具有明显的不可预测与不可控性。并网后的风电场，电网可通过调峰容量与备用容量的差值进行风电调峰，但风电的调峰量有明显的局限性，因此会直接影响风电的实际运用率。尤其是电网无法平衡风电场的功率波动时，风力发电注入电网的功率会受到阻碍。因此，在安排发电计划前，需对系统的调峰与调频问题进行合理的规划。唯有提高电网的容量，才有利于推动电网建设与电场建设的协同发展。为实现资源优化与高效利用，远距离电能输送是重要前提，可间接带动区域经济发展，同时推动电网现代化发展[2]。

3.2 影响电网频率与电压波动、闪变

通过对目前我国大部分风电场在运行过程中的状态进行分析，得出一个较为明显的特征，就是电能的输出功率不够稳定。进而导致各风电发电组在整体运行中，其电能的功率出现了一定的波动，该波动幅度较大，如果在情节严重时，可能会产生一系列的连锁反应。比如说常见的由于电能功率出现波动而影响到了机动机端电压或者是并网点电压进而导致两个不同地区的电压出现波动而产生了电网闪变现象。由于电网的电压值本身是一个相对的稳定值，但当风电输出功率出现波动时，就会导致极端的电压和并网的电压同时产生波动，其波动的状态较为明显，甚至十分容易导致电能的输出功率存在问题，其输出功率的波动幅度同样得到提升，闪电出现的征兆也会更为明显。在发现这一问题时，维修管理人员应了解到这是风电场并网对电网电能质量影响的最重要的内容之一。在整个风力发电机组运行的过程中，其受到了多个不同方面因素的影响，比如常见的有风剪切、塔影效应等，这些都会导致电网的电压稳定性在逐步下降，在情节严重时还有可能会出现叶轮稳定性下降等问题，风力发电机组的输出功率其大幅度波动等，而输出功率的波动幅度也会随着川流强度不断提升，进而展现出相对较为明显的加大现象，由此能得到两个不同的结论分别是:第一，当前风电场并网之所以会对电能电压产生质量影响，是由于大多数的风电场都存在着一个问题，就是机短路容量小，并且会分布在电网尾端。第二，由于在风电场运行的整个过程中，其外界因素是人为无法控制的，变化程度无法在短时间内对其进行确定，甚至出现了电网电压的稳定性在逐步下降等一系列的波动，直接降低了电网电能在使用的质量[3]。

3.3 风力发电的谐波污染

风力发电可能产生谐波的过程有以下两种：第一是风力发电机组本身的机械设备，可能会产生谐波。与电网设备并行运作的风力发电机组，在启动过程中要和风力发电机组的机械设备连接在一起，所以会带来一些谐波，这个过程较为短暂，也没有频繁发生，通常可以直接忽略。但如果采用变速的风力发电机，则会产生很大的影响。变速风力发电机组需要借助逆变设备和电网连接起来，如果风力发电机组的机械设备传动频率和发生谐波的频率一致，将会带来非常严重的谐波。在发电设备逐渐改进的今天，这种情况已经逐渐发生转变。第二和风力发电机组并联的电容器可能会与电抗器共同作用产生谐振，在实际的工作当中风电场的变压器会有很多谐波产生[4]。

4 降低风电场并网影响系数、改善电网电能质量的有效措施

4.1 应用改善无功补偿技术

目前我国大部分的风电场工作时，所选择的异步电机设备都是感性元件，但是感性元件在使用时存在其独有的制约性，也就是无法在无功功率的情况下支持运营。想让电网电能质量以及电网的运行稳定性得到充足的保障，首先要考虑到的就是我国当前电网发展的实际状况，比如说各地区不同的电网接入点、各地区的电压数值等，可以适当的选择无功功率补偿量，并且考虑到电网电能的整体质量以及风电场并网等一系列的影响系数。在面对这些问题时需要具体的考虑到如何选择相应的措施对该问题进行解决[5]。通过以下几个不同的方式提高风电网接入电厂的整体使用质量，并且确保电厂的平稳:第一，在风电场可以建立超导磁储能系统，在建立该系统后，配备与其型号相当的动态无功补偿装置，使用该无功补偿装置可以时时刻刻地了解到在不同地区的电网实际状况，能够随时随地的进行无功补偿装置的调节，同时制定最为合理的、恰当的无功补偿量，其最终的目的是实现对整个电网电压的有效控制，也能够确保风电场的出口处其电压的稳定性，完全满足风电场出口处的装置净输出使用效果，也能够展现出调节功率、降低输电功率，实现动态的波动系统的使用质量[6]。

4.2 新技术在风力发电容量预测中的应用

随着各区域海上风电建设进程的加速、风电装机容量逐步增大，对风电功率预测的精度提出了更高要求，因此需引入更多的改进方法，以满足其功率预测的精度要求[7]。首先，应用计算机技术与遥感技术等，可进一步提高对数字天气预报模型的分辨率与天气预报的准确度及天气预报的更新频率，间接带动风电预测模型输入数据等性能的优化。其次，采取结合多个数字天气预报模型的方式，能够规避恶劣气候条件的影响，实现对气象信息的高效预报，从而确保预测精度。同时，可利用混沌理论与小波分析等智能方式建立预测模型，通过线性与非线性方式，进一步强化预测方式的完善，提高预测结果精确度，切实降低预测误差。尤其是非线性方式与人工神经网络的结合，更利于发挥各预测性能的协同作用，实现各模型的优势互补与各模型信息的优化，进一步强化模型的可靠性与预测精度。最后通过实时测量的气象数据，可进一步减少风电功率短期预测的误差[8]。

4.3 建立多能互补的方式

虽然风电新能源具有很多的优势，但是风电新能源也有一定的缺点，例如间歇性、不稳定性等，都会对电网的安全稳定造成一定的影响。所以为了解决这个问题，可以采用多能互补的方式，在条件较为成熟的地区可以采用风能、火能、电能等多种能源互补的方式，利用每一种发电方式的不同优点，互相补充，能够在很大程度上提高电网消纳风电、火电、水电的能力，从而提高发电厂的综合经济效益，使电网的整体运行稳定性和安全性进一步的提高[9]。

4.4 做好风电场发电预测工作

从当前对所有的风电场在运行时的状态进行分析时，能发现风电场运行的质量与风能的大小、风速、风力有着非常密切的关系，直接决定了风电厂自身输出电能的能力以及输出电能的功率、电网在运行时的质量。为此，在整个风电场进行经营管理的过程中，一定要考虑到采取多项管理措施与预测技术进行工作与学习，在风电场运行的过程中。要求其具有周期性，能够对后续一段时间内的风能大小进行准确的预测，才能够确保在后期开展风力发电机组调度工作时，其预测的质量得到提升，也能够根据问题制定出最有效地预防和解决措施。达成规避电网的冲击或者是由于第二波动而导致的风电场发电预测工作质量在逐步下降的目的[10]。

5 结语

综上所述，在当前分析风电场并网对于电网电能质量影响的过程中，一定要考虑到之所以选择利用风力发电，是由于风力发电所带来的能源，是环保的、无污染的自然能源。要求工作人员认知在风电场发电设备管理的过程中如何提高管理的整体效果，并且对其内容进行有效的优化和调整，最大限度地确保风电场的容纳能力能够得到提升，在风电场并网运行的过程中也会出现一系列负面影响，需要对其内容进行进一步的分析，并且根据现阶段的技术提出相应的改变方式。