风电场并网对电网电能质量的影响探析

风电场并网对电网电能质量的影响探析

刘文俊

内蒙古大唐国际呼和浩特铝电有限责任公司

摘要：近年来，由于风力发电具有多种优势，如资源分布非常广泛、清洁无污染等，所以人们对其给予了高度关注，有效推动了风力发电的快速发展。不过在提高风力发电厂容量过程中，却会不同程度地影响电网系统，电能质量的影响程度随着风电机组并网运行规模的扩大而上升。因为风力资源具有不确定性，再加上风电机组运行的特点，严重降低风电机组输出功率的稳定性，进而会影响电能的质量。随着能源产业形势发生改变,目前我国“十四五”能源发展规划制定目前已经提上日程，“十四五”时期,我国能源发展的思路将发生改变,过去主要依靠基地式大发展的路径会重点转向户用分布式发展,形成大规模集中利用与分布式生产、就地消纳有机结合,分布式与集中利用“双管齐下”的格局。因此，“十四五”期间我国可再生能源、天然气和核能利用将持续增长,高碳化石能源利用大幅减少,能源发展的外部环境将面临深刻的变化。[1]。

关键词:风电场并网;电网;电能质量

引言

在大型风力发电设备运行的过程中，风力会通过轮叶持续带动轮毂进行旋转运动，其持续由风能转化成为机械动能。然后通过风力发电机将其机械动能在转化成为电能。通过转换器接入电网，最终实现对于电网的电力输送。但是在风电场并网后会对电网电能质量带来一定的影响，需要针对其影响内容进行分析，并且找到最终的影响因素。

1关于风电场运行特点分析

1.1风力发电的流程

风机叶片在风力传动齿轮转动的作用下，风力逐渐转化为机械能，并在机械能转换过程中，平稳地将转子的机械能传递给发电机转子，从而带动发电机转子旋转，使发电机功率平稳运行，再通过变电站将为用户提供全部并入电网的服务。

1.2风电场的运行特点

风力发电主要以风能为驱动力，不仅可以实现自然资源的充分利用，而且具有零污染排放的优点。另外，无论从占地面积还是施工进度来看，都能达到预期的理想效果。但同时也存在一些不足之处，即风速和风向不能由人为有效控制，因此风电场的输出功率往往具有严重的波动性，即使并入电网后，也会使电网运行极不稳定。

2当前我国风电新能源发展中存在的主要问题

2.1电能质量问题

在我国风电发展的过程中，因为风力发电设备单机容量的问题，导致发电量不能够满足所在区域对电力的需求。风力发电装置一般采用的电网连接的方式，这种方式的结构设计较为简单，异步发电机与配电网之间通常采用直连的方式，供电网络的末端是风电场，因为配电网的电压相对而言处于较低的水平，外加结构设计较为简单，对风电的冲击能力造成了很大的影响，最终导致电压不足，从而容易使风电在配送的过程中受到干扰，电压变化幅度较大，风电的质量不够稳定。

2.2风电系统中存在的问题

电压稳定的问题一直是影响供电系统稳定性和可靠性的主要因素，电网系统与风电场连接就会产生电压不够稳定的问题。这个问题的原因是风电场运行的时候不需要无功功率，而缺少无功功率就是造成风电电压不稳定的问题。我国目前的风力发电厂中采用的发电设备大都是异步发电机，通过外部无功系统的支持从而使风力发电设备得以运行，进行正常的发电、输送工作，但是因为风电场的容量较大，会导致无功功率不能够受到有效的控制，从而使风电的电压出现不稳定的情况。其次就是风电新能源在应用过程中会出现频率不稳定的情况。风电系统的频率能够决定风电场占系统容量的比例，如果风电容量占比较低，那么系统输出的功率波动就会受到相应的影响，电网的整体输送频率就会出现不稳定的问题。

3降低风电场并网影响系数、改善电网电能质量的有效措施

3.1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。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。

3.2同步风电机组并网技术

同步风电机组，即是同步电机与风电机组结合产生的，在机组运行时既可保证有功功率输出还能提供无功功率，并且还能有效地确保电能质量，因此在我国风电系统中应用越来越广泛。目前，我国很多专家正在深入研究同步发电机与风力发电机的有机融合方法。一般来说，风速波动较大会导致转子转矩发生波动，无法满足机组并网调速精度。在融合同步发电机、风力发电机以后，如果未对以上问题进行充分考虑，尤其是在较大荷载条件下，电力系统极易发生无功振荡现象或者失步现象。以上问题导致同步风电机组广泛运用受到影响，随着变频器装置广泛的运用，该问题得到了有效解决。

3.3提高风电电压质量

我国风电场的建设位置一般都在偏僻的区域，因为偏僻的区域一般情况下风能较为充足，更适合风力发电的方式，但是这样就会导致输电线路较长，会产生较为严重的电能损耗问题，还会引起电压过低的情况，导致电压出现问题，风电系统无法运行，所以应该在风电机组的变压器中分别设置开关，使其能够对电压进行有效的调节，从而解决电压过低和电能损耗严重的问题。电压质量是风电场目前面临的最主要问题之一，风电场存在较多的不稳定性和不确定性，会对输送的电压产生诸多的影响，所以风电场应该加强电压方面的研究和投入，不断提高风电并网系统电压的稳定性。

4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[2]。

参考文献:

［1］邹京希，秦汉，刘东，曹敏，李维．考虑频率约束下提升风储联合发电系统可靠性的储能系统控制策略［J］．供用电，2020，37(02):73-78．

［2］潘翀．风电场并网对电网电能质量的影响分析［J］．中国设备工程，2018(19):186-187．