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[摘要]开发利用新能源，既是国家发展的战略性新兴产业，又是我国电力工业的发展方向。由于风电在新能源的利用中具有很强大的竞争力，我国近年来风电发展十分迅速。但是随着风电场并网规模的不断增加，严重削弱了原有传统电源对电网运行的调控能力，风电场接入电网对电能质量和安全稳定运行的影响等问题日益突出。本文介绍了风力发电的特点及现状，并对大规模风电接入电网对电力系统带来的影响进行了综述，并针对不同问题总结了可行的解决措施，总结了可行的解决方法和研究热点。
[关键词]风电电力系统电能质量稳定性
中图分类号：TM925.11 文献标识码：TM 文章编号：1009―914X（2013）31―0388―01
0、引言
新能源发电对节能减排、解决能源危机具有重大意义，但对电力系统而言，新能源的接入是机遇与挑战并存。本文以大规模风电接入电力系统为例，介绍了风力发电的特点，阐述了风电场并网运行会对电力系统的安全性、稳定性、电能质量、系统可靠性、继电保护等方面带来的影响，并对相关的应对措施进行了综述。
1、风电接入对电力系统的影响
1.1、风力发电的特点及现状
近年来，我国风力发电蓬勃发展，截至2010年我国风电累计并网装机3107万千瓦，装机规模居全球第二，全年发电量501亿千瓦时。风电建设呈现以下特点：（1）风电总装机容量快速增长，风电在电网中所占比重不断增加。（2）单个风电场装机容量不断增加。（3）风电场接入电网的电压等级更高。（4）风电机组的种类不断增多，风电机组单机容量不断增大。
由于风能具有随机性、间歇性、不稳定性的特点，当风电装机容量占总电网容量的比例较大时会对电网的稳定和安全运行带来冲击，对电力系统造成的影响不容忽视。
1.2、风电接入对电力系统的影响
由于风电场内不同地理位置的风力资源分布、风速不同，以及风电场电网结构、控制方式和风力发电机组受到的塔影效应等因素，风电场的输出功率具有随机性、扰动性和间歇性等特点。小规模风电场的装机容量较小，不会严重影响电力系统，但是大规模风电场对电力系统的影响较之显著。功率的变化将会对电网产生一系列的影响，主要包括：对电能质量的影响、对电网稳定性的影响、对继电保护的影响等。
1.2.1风电接入对电能质量的影响
由于风力发电的间歇性和波动性，给电网的电能质量带来了严重的影响，如电压波动、电压偏差和闪变、谐波等。目前，风力发电对电能质量的主要影响是电压波动与闪变，而谐波的影响也不容忽视。风电给系统给电网带来谐波的途径主要分为两种：一是风力发电机本身配有的电力电子装置，如并联电容与电抗元件发生谐振会放大谐波效应。二是风力发电机的无功补偿装置，如并联电容器可能会和线路电抗发生谐振。
1.2.2风电接入对电网稳定性的影响
风力发电系统一般在电网末端接入，改变了配电网传统的单电源分布式结构，使潮流流向和分布都发生了改变。随着风电注入功率的增大，可能会引起风电场附近的局部电网电压越限，严重时可能会导致电压崩溃。传统风电场容量很小，一般都作为负荷不参与电力系统的控制，当系统发生故障时，切除风电机组 保证风电场和电网的安全。但是随着风电场渗透功率的不断增大，风电输出的不稳定性对电网的功率冲击效应也不断增大，对系统稳定性的影响就更加显著，严重时将会使系统失去动态稳定性，导致整个系统的瓦解。
1.2.3风电接入对继电保护的影响
风电机组的频繁投切会损坏接触器，缩短接触器的寿命，为了减少风力发电机组的投切频率，在有风期间，风力发电机都必须保持与电网相连。而且当风速在启动风速附近波动时，允许风力发电机短时电动机运行。因此，流过风电场和电网之间联络线的功率有时可能是双向的。当风电场在电网末端接入配电网时，由于配电网采用的是三段式电流保护，尽管系统故障时风力发电提供的短路电流有限，但也有可能会影响配网的保护装置的正确运行。所以风电场的保护装置的整定和配置需要考虑这种运行方式。
2、解决措施
2.1、改善电能质量
并网风电场的公共连接点短路比SCR和电网的线路电抗/电阻比即：X/R比，是影响风力发电引起的电压波动和闪变的重要因素。SCR越大，风力发电机组引起的电压波动与闪变越小。如果电网线路X/R比合适，无功功率引起的电压波动可以补偿有功功率引起的电压波动，从而减轻整个平均闪变值。在风电场设置合理的电容器组（或电抗器组）可以抑制电压变动和电压偏差。
2.2、提高电压稳定性
提高电压稳定性的措施主要有：
1）无功补偿
提高无功补偿能力提高大容量异步风力发电场接入后电网电压稳定性的重要措施。适当提高电容器的补偿容量，有助于提高风电系统短路故障后的稳定性，进一步可以选择安装动态无功补偿装置来提供动态的电压支撑，改善系统的电压稳定性。
2）双馈异步发电机
双馈异步风力发电机是目前风电场采用的主流机型，双馈机组定子直接与电网相联，转子通过双PWM与电网相联，实现转子交流励磁，通过坐标变换就可以实现转子的交流励磁电流有功、无功解耦，实现有功、无功功率的灵活控制，改善功率因数，提高系统的稳定性，不需要无功补偿装置。
3）采用储能装置
超导储能装置（SMES）具有有功无功综合调节能力，具有响应速度快、转换效率高的特点，不仅可以进行有功功率的调节、无功功率的调节，还可以同时进行有功、无功的独立控制，具有很高的灵活性，能够降低风电场输出功率的波动，稳定风电场电压。
2.3、保护装置的调整
风电场接入配电网时，须考虑风力发电提供的故障电流，需要重新配置和整定配电网保护；在进行风电场保护装置的整定和配置时，须考虑风电场与电网之间联络线的功率流向。目前通常的做法是按照终端变电站的方案进行配置和整定。主要依靠配电网的保护来切除系统的故障，然后采用孤岛保护、低电压保护等措施，逐台切除风力发电机组，从而在故障期间断开风电场与系统的连接，而当故障清除后，控制风电场自动重新并网。但是对于今后大规模风电场接入配电网的情况，这种方法会降低系统的可靠性。
3、结束语
风能作为一种可再生绿色能源具有改善能源结构、经济环保等方面的优势，但是风力发电也会给电网带来一些影响，如对接入电网的电能质量、电网稳定性、继电保护等方面的影响。所以在利用风能的同时，要采取相应措施，改善其并网性能，尽可能降低其对电力系统运行的负面影响。风电场功率综合控制与风电场输出功率预测对解决风电接入问题具有重要的研究意义。
[关键词]风电电力系统电能质量稳定性
中图分类号：TM925.11 文献标识码：TM 文章编号：1009―914X（2013）31―0388―01
0、引言
新能源发电对节能减排、解决能源危机具有重大意义，但对电力系统而言，新能源的接入是机遇与挑战并存。本文以大规模风电接入电力系统为例，介绍了风力发电的特点，阐述了风电场并网运行会对电力系统的安全性、稳定性、电能质量、系统可靠性、继电保护等方面带来的影响，并对相关的应对措施进行了综述。
1、风电接入对电力系统的影响
1.1、风力发电的特点及现状
近年来，我国风力发电蓬勃发展，截至2010年我国风电累计并网装机3107万千瓦，装机规模居全球第二，全年发电量501亿千瓦时。风电建设呈现以下特点：（1）风电总装机容量快速增长，风电在电网中所占比重不断增加。（2）单个风电场装机容量不断增加。（3）风电场接入电网的电压等级更高。（4）风电机组的种类不断增多，风电机组单机容量不断增大。
由于风能具有随机性、间歇性、不稳定性的特点，当风电装机容量占总电网容量的比例较大时会对电网的稳定和安全运行带来冲击，对电力系统造成的影响不容忽视。
1.2、风电接入对电力系统的影响
由于风电场内不同地理位置的风力资源分布、风速不同，以及风电场电网结构、控制方式和风力发电机组受到的塔影效应等因素，风电场的输出功率具有随机性、扰动性和间歇性等特点。小规模风电场的装机容量较小，不会严重影响电力系统，但是大规模风电场对电力系统的影响较之显著。功率的变化将会对电网产生一系列的影响，主要包括：对电能质量的影响、对电网稳定性的影响、对继电保护的影响等。
1.2.1风电接入对电能质量的影响
由于风力发电的间歇性和波动性，给电网的电能质量带来了严重的影响，如电压波动、电压偏差和闪变、谐波等。目前，风力发电对电能质量的主要影响是电压波动与闪变，而谐波的影响也不容忽视。风电给系统给电网带来谐波的途径主要分为两种：一是风力发电机本身配有的电力电子装置，如并联电容与电抗元件发生谐振会放大谐波效应。二是风力发电机的无功补偿装置，如并联电容器可能会和线路电抗发生谐振。
1.2.2风电接入对电网稳定性的影响
风力发电系统一般在电网末端接入，改变了配电网传统的单电源分布式结构，使潮流流向和分布都发生了改变。随着风电注入功率的增大，可能会引起风电场附近的局部电网电压越限，严重时可能会导致电压崩溃。传统风电场容量很小，一般都作为负荷不参与电力系统的控制，当系统发生故障时，切除风电机组 保证风电场和电网的安全。但是随着风电场渗透功率的不断增大，风电输出的不稳定性对电网的功率冲击效应也不断增大，对系统稳定性的影响就更加显著，严重时将会使系统失去动态稳定性，导致整个系统的瓦解。
1.2.3风电接入对继电保护的影响
风电机组的频繁投切会损坏接触器，缩短接触器的寿命，为了减少风力发电机组的投切频率，在有风期间，风力发电机都必须保持与电网相连。而且当风速在启动风速附近波动时，允许风力发电机短时电动机运行。因此，流过风电场和电网之间联络线的功率有时可能是双向的。当风电场在电网末端接入配电网时，由于配电网采用的是三段式电流保护，尽管系统故障时风力发电提供的短路电流有限，但也有可能会影响配网的保护装置的正确运行。所以风电场的保护装置的整定和配置需要考虑这种运行方式。
2、解决措施
2.1、改善电能质量
并网风电场的公共连接点短路比SCR和电网的线路电抗/电阻比即：X/R比，是影响风力发电引起的电压波动和闪变的重要因素。SCR越大，风力发电机组引起的电压波动与闪变越小。如果电网线路X/R比合适，无功功率引起的电压波动可以补偿有功功率引起的电压波动，从而减轻整个平均闪变值。在风电场设置合理的电容器组（或电抗器组）可以抑制电压变动和电压偏差。
2.2、提高电压稳定性
提高电压稳定性的措施主要有：
1）无功补偿
提高无功补偿能力提高大容量异步风力发电场接入后电网电压稳定性的重要措施。适当提高电容器的补偿容量，有助于提高风电系统短路故障后的稳定性，进一步可以选择安装动态无功补偿装置来提供动态的电压支撑，改善系统的电压稳定性。
2）双馈异步发电机
双馈异步风力发电机是目前风电场采用的主流机型，双馈机组定子直接与电网相联，转子通过双PWM与电网相联，实现转子交流励磁，通过坐标变换就可以实现转子的交流励磁电流有功、无功解耦，实现有功、无功功率的灵活控制，改善功率因数，提高系统的稳定性，不需要无功补偿装置。
3）采用储能装置
超导储能装置（SMES）具有有功无功综合调节能力，具有响应速度快、转换效率高的特点，不仅可以进行有功功率的调节、无功功率的调节，还可以同时进行有功、无功的独立控制，具有很高的灵活性，能够降低风电场输出功率的波动，稳定风电场电压。
2.3、保护装置的调整
风电场接入配电网时，须考虑风力发电提供的故障电流，需要重新配置和整定配电网保护；在进行风电场保护装置的整定和配置时，须考虑风电场与电网之间联络线的功率流向。目前通常的做法是按照终端变电站的方案进行配置和整定。主要依靠配电网的保护来切除系统的故障，然后采用孤岛保护、低电压保护等措施，逐台切除风力发电机组，从而在故障期间断开风电场与系统的连接，而当故障清除后，控制风电场自动重新并网。但是对于今后大规模风电场接入配电网的情况，这种方法会降低系统的可靠性。
3、结束语
风能作为一种可再生绿色能源具有改善能源结构、经济环保等方面的优势，但是风力发电也会给电网带来一些影响，如对接入电网的电能质量、电网稳定性、继电保护等方面的影响。所以在利用风能的同时，要采取相应措施，改善其并网性能，尽可能降低其对电力系统运行的负面影响。风电场功率综合控制与风电场输出功率预测对解决风电接入问题具有重要的研究意义。