风电新能源运行对电网电能质量的影响

风电新能源运行对电网电能质量的影响

崔博

国家电投集团内蒙古新能源有限公司 内蒙古 010000

【摘要】风能作为绿色新能源之一，已成为我国最重要的绿色新能源。新能源的使用和运行对我国电网的电能质量也有着直接而较大的影响。本文将对风电新能源运行对我国电网电能质量的影响进行简单研究。

【关键词】风电新能源；电能质量；影响

一、我国风电新能源的开发情况及其运行特点

（一）我国风电新能源的开发情况

过去，燃煤发电一直是我国的主要动力来源，但随着人们对绿色新能源的日益重视，各国开始寻找新能源替代传统的一次能源。根据相关调查报告，截至2010年底，我国风电场802个，风电机组3.24万台，装机容量4146万千瓦，并网发电3828万千瓦，并网运行3111万千瓦。随着中国风电新能源投资的不断加大，中国风电装机容量已由2009年的世界第三位跃居2011年的世界第一位。这一现象充分表明，我国风电新能源发展规模已达到新的水平。在风电场建设中，选址的首要条件是选择有“风”能的地点，如内蒙古、河北、辽宁、甘肃、吉林等地。这些省市成为我国风电新能源运营的投资热点。但唯一的缺点是，中国风电场的位置相对偏远。这主要是由于我国风资源分布远离负荷中心，使得电网输电的电网结构更加脆弱，使得风电并网的电网输电能力在一定程度上受到限制。

所以在我国如今对风电新能源进行大规模开发的情况下，还需要根据我国开发的实际情况，建设配套的风电送出构筑物和相关的工程项目，并对风电新能源的电网建设进行加强和完善工作。

（二）我国风电新能源的缺点

由于风电新能源运行技术水平较低，风能的储能能力很小，这在一定程度上会使风电储能成本高于燃煤发电。而且，一旦风能的储能能力很小，整个风电电网就会缺乏储能能力，因此必须调整输出功率来接收电能。而且，风能的能量密度相对较小。假设将风电能与水电能进行比较，在发电量相等的情况下，利用风电能发电时，风电机组所需的风机规模将是水轮机的几十倍。

此外，风能的电能质量可以得到有效的改善，而无需不良的控制。风能是一种过程能量，没有方向，风向和风速都会发生变化，这是人类无法控制的，因此很难对风力机进行有效的控制和调节。因此，风能形成的电能具有一定的波动性和随机性。同时，由于风能的热不可控性，风电新能源的发电工作无法调度，更谈不上对电网负荷的控制。同时，由于风电储能小，风电机组发电效率低。在我国实际工作后，风力机理论最大发电效率约为60%，但在实际工作过程中，实际发电效率远低于理论发电效率。垂直轴风力机的最大实际发电效率约为30%-40%，水平轴风力机的最大实际发电效率约为20%-50%。

二、风电新能源运行对我国电网电能质量的影响

虽然风电新能源的运行不能被人有效控制，但事实上，风电新能源的运行对我国电网的电能质量有着很大的影响，这给我国电网的安全运行带来了新的挑战和机遇：

（一）一般来说，为了保证电网运行的安全稳定，当电网处于最低工况时，仍需保证电网中部分机组正常运行。传统的燃煤机组最小出力效率约为额定出力的40%。目前，我国电网的控制方式是在大机组不能停机的极端条件下，电网处于最小工作负荷，风电机组处于最大出力，电网内燃煤机组最小出力加外电之和应小于电网最小工作负荷。然而，由于风电电网的抗调峰特性，冬季夜间电网往往处于低负荷工作状态，夜间大风使风电机组出力迅速增加。特别是北方地区，冬季70%以上的火电机组需要承担供热任务，电网调峰能力下降，调峰能力不足。

在我国北方地区，冬季是电网调峰最困难的时期。这主要是因为北方城市冬季有一个取暖期，使得风电机组的出力变得相对较高。此时，为了保证我国北方城市的正常供热，电网中所有的风电机组都需要运行，供热机组的最小出力已经降到了火电机组的最小出力。风力发电的间歇性和波动性要求电网必须有足够的调峰能力来平衡风力发电引起的出力波动。但由于冬季负荷峰谷差最大，电力系统的备用调节裕度随着供热负荷的增加而逐渐减小，整个电力系统没有足够的调峰能力来平衡大风时的风电输出，导致电网无法接受风电容量功率大大降低。

（二）电压控制难度提高

由于风电机组在发电过程中的不确定性和不可控性，一些地区的大型风电机组系统存在着母线电压超限、电网电压波动或闪变等问题。大型风电机组并网后，往往会出现风电出力的大波动，导致电网输电通道上500kV枢纽节点电压波动，直接影响当地电网的电压控制和安全运行。同时，风力发电的随机性会导致电网传输通道中心点电压波动增大，导致中心点电压越限概率增大。这种影响的程度与中心点电压和风电场之间的距离有关。中心点电压越接近风电场接入点，影响越明显。

（三）电网安全稳定运行风险增加

风力机属于低速发电技术，当风速发生变化时，风力机的转速也会发生变化。因此，为了满足当地对电力系统频率和电网电能质量的要求，风电机组的总体设计将采用变频器和变频发电技术。如果风电机组的变流器装置没有专门的发电设计，当设计的电力系统电压波动时，风电机组将自动与电网断开，这将打破电力供需平衡，给系统的运行带来一定的风险。然而，当风电机组在当地电力系统中所占比例很小时，风电机组自动解列问题对电力系统影响不大。相反，当风电机组在电力系统中占有很大比重时，自动断开问题会对电力系统的正常运行产生很大影响。例如，中国酒泉发生了一起“停电”事故。事故造成酒泉附近16个风电场598台风电机组停运，损失84万千瓦，占事故前酒泉风电出力的一半以上。

三、防止风机受电压波动脱网重要措施

改进措施：风电机组的低电压穿越能力是防止风电机组因电压波动而与电网断开的重要措施。如果风电机组不具备低电压穿越能力，当电网电压下降时，风电机组将自动与电网断开，当电压恢复正常后，风电机组将无法并网。回收需要大量的财力和人力资源，造成巨大的能源浪费，采用低电压穿越的风电机组克服了这一缺陷。现在国家电网已经制定了一系列规范低电压穿越的标准。其次，SVG是风电场无功补偿领域的一个重要技术分支。由于能适应风电场快速补偿的要求，其在国内风电场的应用也逐渐增多。随着技术的发展和进步，SVG的优势将更加明显。对于风电场无功补偿的研究，根据风电场并网运行关键问题的整改措施，风电场应配备无功补偿装置，无功补偿装置的在线监测模块监测无功补偿装置的运行状态。

结束语

结论随着我国市场经济的不断发展，大型风力发电机组不断投入运行。这些都表明，我国风电新能源运输的发展正逐步走向一个新的高峰。甚至在一些城市和地区，风电新能源已经成为当地发电的主要方式。由此可见，风电新能源的运行将直接影响我国电网的电能质量。为确保我国风电新能源正常稳定运行，必须控制风电新能源运行对我国电网电能质量的负面影响，不断完善风电能源发展的技术难题，从而确保我国风电新能源发展有一席之地。

参考文献：

1. 张全成.张永明.林钧斌等.风电新能源发展与并网技术分析评价[J].上海节能.2011（03）：19-23

[2]马飞.王宏华.并网风电系统功率因数校正技术的发展[J].机械制造与自动化.2012.41（06）：156-159

[3]周清.完善促进新能源产业发展的财税制度安排[J].经济研究参考.2011（48）：33-35