风力发电对电力系统的影响研究

风力发电对电力系统的影响研究

王银东

宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏 银川750002

摘要：加强对风力发电及其对于电力系统发展所带来作用的研究，对真正意义地进行科技的发展与变革具有重要的作用。在当前风力发电相关科技在实际当中的运用已经是非常的普遍，而且在今后由于科技不断地发展，风能发电的科技也将开始走向进一步的发展与成熟。通过对风力发电对电力系统的影响进行全面系统的研究，从现实的层面上着手，对我们的改革发展目标以及改革的基本政策等问题加以研究，并力求以此为依据合理地进行我国风能发电科技的继续稳步发展，在真正意义上为电力系统发展水平的进一步提高打下了坚实的基础。

关键词：风力发电；电力系统；影响

引言

在风力发电技术飞速发展背景下，我国风力发电建设规模不断扩大。虽然目前我国风力发电产业规模已位居全球第二，但我国风力发电核心技术创新仍处于初步探索时期，风力发电技术在各领域的应用也尚浅。在未来发展中，相关部门应进一步探索风力发电技术可应用领域，并促进理论与实践的融合，同时加强政策支持与引导，从而进一步推动我国风力发电技术的进步，全面提升风能资源利用率，加快“碳达峰、碳中和”目标的实现。

1风力发电基本原理解析

风力发电主要指的是在将风能有效转化成机械能的前提下，再将机械能转变成电能的工作。在实际工作过程中，风车扇叶在风力的作用下旋转，并借助增速机提升扇叶的旋转速度，助力发电机进行发电工作。在通常情况下，风力发电过程中使用的相关设备装置被统称为风力发电机组，而将风能转化成机械能则主要依赖风轮装置。风轮装置由两片或两片以上的螺旋桨桨叶构成。在风力作用下，桨叶上会产生气动力，从而推动风轮转动，在相应控制系统的调节下，就会促使发电机产生恒定转速，最终将机械能转变成电能并将其输送到电网中。风电机组发电周期短、随机性较弱，可以通过预测风电机组功率波动性，实现连续发电。随着风电场装机容量不断增加，风电并网容量占全网总发电量的比重将越来越高。大规模分布式风力发电并入电网后将对电网的安全运行产生一定影响，可以通过调节风机的输出功率等控制风力发电并网时对电网的影响。

2风力发电对电力系统的影响分析

2.1频率偏差

风力发电的发电频率是波动的，会随着风力发电机转速的变化而变化。因此，如果不能保证风力发电机转速的稳定，风力发电机组的有功功率随风速的变化而改变，使有功输出不能完全满足电力系统的需求，在电力系统中产生频率偏差问题。频率偏差会造成电力系统总容量需求急剧增加，导致电网中的总负荷严重减少，负荷峰值降低。当负荷峰值降低时，分布式电源出力较大，电网的功率曲线将出现“凹陷”，风力发电机和储能设备会消耗更多的能量，从而增加了电网的总能源消耗。

2.2电压波动和闪变

对发电质量的影响风力开发主要的因素正是由于风力方向的变化，使得汽轮机组的运转中发生了电压波动和闪变等现象，而电压的起伏和闪变就会对整体设备电能质量造成较大危害，这就会对整体设备安全性和工作效率造成重大影响。同样，风电机组的启动、运转、关停等动作也会发生电压的起伏或者闪变等现象。此外，假如风电机组中的大功率电力电子器件设置错误，就很有可能会对电力系统中注入谐波电流，并引起电压的畸变，进而造成了一连串的现象发生。

2.3对电网稳定性的影响

风电机组由于与电网系统的接入点，往往处于电网系统的末梢，这就造成在向电网输电的过程中形成了逆向的电压流向和潮流分布上的变化，这也是由于以前所未曾思考过和遇到的主要问题，所造成的后果便是风机组将对周边的局部电厂或输电线造成了非常大的影响，有可能会造成输电线路的瘫痪。而同样，如果风机组直接向电网发电，由于是异步发电机组的电量直接输出，就会相对地从我国电网系统吸取无功功率，因此要想有效地补偿风电机组的无功功率损失，就必须通过设计动态无功补偿装置（SVC或SVG)，或是较为先进的SVG装置来校正。由于风力发电规模的愈来愈大，这也就造成了风力发电机组将对我国电网系统的危害也愈来愈大，而风力发电机组所形成的不稳定性因素将对国家电网的冲击程度也在随之加大，一不小心就会致使整个国家电网的控制系统处于混乱状态，从而失去稳定性。

3风力发电技术在电力系统中的应用

3.1风力发电并网

在智能电网中，风力发电系统主要借助并网发电机（双速异步电机、双馈机和变速异步发电机等）实现并网发电。为充分发挥风机并网功效，需要引入模糊控制技术，保证风机并网后的功率与转速。与此同时，可以利用神经网络技术调整风机叶片桨距，进一步提升风机并网后的整体供配电质量。目前，主要的风力发电并网方式包括异步发电机组并网、基于晶闸管的软并网、同步发电机组并网和双馈发电机组并网。（1）异步发电机组并网。分为直接并网和降压并网两种类型，其中直接并网适用于异步发电机功率在百千瓦级以下、但电网容量较大的情况，该并网方式的缺点在于可能在并网阶段产生较大冲击电流和电网电压下降。降压并网是在异步电机和电网之间串接电阻或电抗器，也可接入自耦变压器，以降低并网合闸阶段的冲击电流，减小电压下降幅度，降压并网的缺点在于电阻、电抗器元件会消耗功率，并网成功后需快速切除这些元件。（2）基于晶闸管的软并网。是在异步电机定子和电网之间连接每相穿入的双向晶闸管，确保三相均由晶闸管控制，双向晶闸管两端并联于并网自动开关动合触头。该并网方式的优点在于可省去一个并网自动开关，控制简单，且可避免自动开关触头弹跳、磨损、粘着现象。（3）同步发电机组并网。是利用变频装置将风力机驱动的同步发电机并联于电网，该并网方式采用变频变换装置控制输出，不存在电流冲击，且在“交-直-交”形式下，同步发电机组和电网的频率相互独立，风轮与发电机转速可随时发生变化，无须担心失步问题。（4）双馈发电机组并网。该并网方式的特点在于在发电机侧和电网侧分别安装脉冲整流器，在低风速条件下，发电机输出的交流电压基于电机侧脉冲整流器升压，能够保障电网侧脉冲整流器的正常工作。

3.2无功电压控制

为确保风力发电系统运行效益，电力公司需要在风力发电系统内配置SVC或其他类型的无功补偿装置，基于无功补偿设备实现实时动态补偿，以实现对无功电压的良好控制。与此同时，无功电压控制技术的应用可以避免由输送功率不稳等引发的系统振荡问题，优化电力系统输送环境。

结束语

在新时期背景下，风能作为新能源的重要代表，在合理利用的问题上受到了社会各界的广泛关注。伴随科学技术研发与应用的不断更新，风电技术获得了快速发展，并得到了有效应用，特别是在部分偏远区域取得了良好的社会效益，同时要重点分析风力发电对电力系统的影响。未来，随着社会与时代的发展，相关技术人员仍需克服诸多制约因素，不断加强风电技术的深入性研究，从而助力我国新能源事业的可持续发展。电力系统中风力发电对能源稳定性的影响，以便继续提升工程的效果和品质，真正充分发挥好风力发电的效果。

参考文献

[1]赵福林,俞啸玲,杜诗嘉,等.计及需求响应的含大规模风电并网下电力系统灵活性评估[J].电力系统保护与控制,2021,49(1):42-51.

[2]姜惠兰,白玉苓,王绍辉,等.风电接入对电力系统小干扰稳定影响分析方法[J].电力系统及其自动化学报,2021,33(9):9-16.

[3]袁博,张天翔,王逸飞.考虑大规模用户负荷准线需求响应的电力系统运行决策研究[J].水利水电技术(中英文),2022,53(12):150-159.