风力发电对电网的影响及对策
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风力发电对电力系统的影响及解决措施发布时间:2022-07-21T09:24:59.819Z 来源:《中国电业与能源》2022年5期3月作者:皎永安[导读] 本文的主旨为深入探究风力发电对电力系统的影响及解决措施,皎永安大唐云南发电有限公司滇西新能源事业部 671099摘要:本文的主旨为深入探究风力发电对电力系统的影响及解决措施,以期能够提高风力发电的效率与质量,促进电力系统的稳定运行。
以文献探究为理论基础,通过本文分析可知,应从对发电规模进行严格控制、对电网结构进行整体改善、对保护装置进行有效调整、对电能质量进行合理改良等几方面入手,有助于提升风力发电在电力系统中的有效性。
关键词:风力发电;电力系统;影响;解决;措施前言:随着电力事业的蓬勃发展,对风力发电也提出了更高的要求。
如何能够降低风力发电对电力系统的不良影响,从而提升电力系统的可靠性与安全性,已经成为了当前电力系统相关人员普遍关注的重点课题。
本文通过对风力发电在电力系统中的应用优势以及风力发电对电力系统的影响进行分析,并提出了几点解决措施,对于风力发电技术的发展与进步,具有非常重要的作用。
一、风力发电在电力系统中的应用优势风力产业在我国的新能源产业中,不仅发展速度快,而且已经逐渐变成了最具商业优化前景、适合大规模开发的可再生能源,是仅次于太阳能产业的可再生清洁能源,有助于确保能源安全、提高能源供应、降低生态环境污染以及强化能源产业结构等,对于构建和谐社会,推动我国经济发展,具有非常重要的意义。
现阶段,风力发电已经成为了与水力发电、煤炭发电同等地位的三大常规能源之一。
风力发电系统在运行过程中,具有绿色、无污染的特点,这主要是由于在风能向电能进行转换时,并没有对大气造成污染,而仅仅是降低了气流的速度。
因此,风力发电除了能够降低二氧化碳、二氧化硫的排放外,还可以避免常规能源的消耗问题,对于能源结构的改善、空气环境的保护以及生态平衡,具有十分重要的作用。
电力科技2015.10︱289︱风力发电对电网的影响风力发电对电网的影响龚 伟(云南电网有限责任公司玉溪供电局,云南 玉溪 653100)【摘 要】文章从风力发电的特点出发,详细的分析和研究风力发电对电网的影响,从而提出有效的控制措施,确保电网的正常运行。
【关键词】风力;发电;电网;影响1 风力发电及其特点1.1 风力发电的介绍随着社会经济的快速发展,以及科技技术水平的不断提高,利用可再生资源风能进行发电,已经成为了电力企业的重要工作。
利用风能进行发电,不仅可以减少发电过程中污染现象的出现,而且还能够对促进社会经济的快速发展,从而使得风能发电受到了电力企业的足够重视。
在传统的发电过程中人们一般都是利用煤炭以及其它的资源进行发电,不仅消耗了大量的煤炭资源,而且还增加了环境的污染,因此使得风力发电技术得到了广泛的推广和应用。
随着科学技术的不断提高,利用风力发电在降低了发电成本的同时,也提高了电力企业的经济效益。
1.2 风力发电的特点在风力发电的过程中,由于其本身的特性,使得风力发电具备其他能源发电所无法具备的3个特点:①随机性和不可控性。
风资源是不受限制的,人们无法对其进行控制和存储,在利用风资源发电的过程中操作人员也无法通过调节和控制对其进行发电,而是根据风资源的变化而发电的,所以风力发电具有随机性和不可控制性[1]。
②不可调度性。
由于风能具备不可控制性,使得在发电的过程中不能根据风力负荷的大小,对发电进行有效的调度,从而为风力发电的调度带来了重大的压力。
③发电形式的多样化。
在风力发电的过程中由于其本身的特性,所使用的发电形式也是多样化的,如利用同步发电机、异步发电机或者是双馈感应发电机对风能进行发电。
2 风力发电对电网的影响在我国风力资源富集的地区,电网都是相对薄弱的,因此利用风资源进行发电,就会为电网的调度、质量以及安全稳定性等方面带来严重的影响。
2.1 风力发电对电网调度的影响利用风资源进行发电对电网的调度有着直接的影响,其主要表现在2个方面:①由于在我国风力资源富集的地区,人流量就会相对的较少,从而导致电网的结构薄弱以及电网的负荷量较低,当在风力发电的过程中,输入风电功率不仅会对电网的潮流分布进行改变,而且还会为局部电网节点的电压带来严重的影响[2]。
风力发电对整体电网及地区电网的影响文章分析了我国风力发电对整体电网和地区电网的影响,得出风力发电的清洁环保优势,海上资源十分丰富,但风力发电并入则会对电网本身产生一系列的影响。
通过分析我国风电现状,对其优缺点进行分析,并提出合理改善措施。
对我国风电发展趋势预测可知,风电的发展前景广阔。
最后,对全球风力发电的现状进行分析,预测了其发展趋势。
标签:风力发电;电网;可再生能源风力资源作为一种清洁环保的可再生能源,被世界各国逐渐开发利用。
近几年,我国风力发电发展迅速,相比于其他新能源,如潮汐能、光伏能等,更具有普遍性,所以风力发电优势明显,也是未来能源发电的主要趋势。
1 我国风力发电现状的优缺点我国的风力发电资源十分丰富,并且潜力巨大。
其陆地风能资源储备和可开发利用的數量居世界首位,可开发的沿海地区和海上地区风能更是不可估量。
面对这样良好的风电发展趋势,我国也积极地进行风力发电资源的应用。
但是在开发利用的过程中也要注意风力发电机组对已存在的发电机组的影响,有效利用风力发电的一个重要问题是如何将风力发电并入整体电网。
风力发电对整体电网和地区电网的影响主要体现在以下几个方面。
1.1 整体电网合理调度我国各地区地理地质差异性较大,风力资源也分布不均。
同时,风力资源较为丰富的地区又具有人烟稀少、电网结构复杂、电负荷量小等特点,如果将风力发电并入电网,就会直接影响和改变电网的地点分布,对局部电网的节点电压也会产生较大影响。
风电的发电状况和发电容量主要取决风速,而风速的不可预测性也决定了风电的不稳定性,当风电并入电网后,增加了电网容量的随机性,电场就需要准备更多的调度设备来调节电容量,由此增加了电网进行电能分布的操作性,影响了整体和地区电网的合理调度。
1.2 整体稳定性因为最初进行整体和地区电网规划时,并没有考虑到后面的风力发电机组的并入,所以当大规模风电并入电网时,会改变配电网的单项电流,从而影响了潮流流向和电流分布,使风力发电地区附近的电网电压超出所设定的安全范围,影响整体电网的稳定性。
风力发电技术及对电网的影响摘要:能源是人类生存的物质基础,是推动社会进步的重要条件。
清洁的环境和充足的能源是经济持续发展的基本条件。
随着经济的快速发展,全球能源消耗率逐年上升,煤炭、石油、水电等能源的开发利用已经达到较大规模,但这些能源是有限的,不能满足人类长远发展的需要。
在各种可再生能源中,风力发电最有潜力。
风力发电因其成本低、资源取之不尽、利用方便等优点,已成为我国可再生能源利用中最有前景的发电方式。
风力发电技术越来越成熟,风力发电成本越来越低。
关键词:风力发电;电网;影响;随着目前我国科技的发展和时代的进步,政府对清洁能源的开发与投入正日益加大,工业的发展对能源的需求也在不断地增加,对能源结构加以调整,逐步增加清洁能源在整体能源供给当中的比例已势在必行。
一、风力发电技术的关键问题1.风电质量问题。
风力发电技术的一个关键性问题就是风电质量问题。
风能作为一种可再生的能源,其有着强大的能量,但是性质很不稳定,风速和风向时刻都处于变化中,而风速和风向的变化又直接影响到电力系统输出的功率和稳定性。
在这种情况下,为了保证风电的质量,我们必须在风电机组中增设依稀装置来稳定其输出功率,而这些装置的调控是很复杂的。
目前风力发电技术中存在单机容量小的问题,在工作时如果电压达到额定的容量时,也会出现电力输出功率不稳定的现象。
2.风电机组不能进行整体设计。
随着风力发电技术的快速发展,我国的风电机组的零件的生产能力也大大提升,但是与发达国家仍存在一定的差距,尤其是一些核心部件,仍然靠依靠进口。
这就导致了我国风力发电机组并不能通过国产化的程序进行设计和安装。
此外,在风电机组的管理和检修等方面,我国的相关技术也较为落后,阻碍了风力发电行业的发展。
3.安全性能不高。
安全性不高也是我国风力发电技术发展中的一个关键性的问题。
由于电网及电力输送过程中的安全性不高就极易导致风电过程中出现故障,主要的故障一般发生在发电机组的组装过程中,首先由于发电机组的组装本身就很复杂,而且技术人员的技术水平有限,加之管理力度不足,使安装环节的技术不到位,如果处理不及时就会导致较大安全事故的发生,影响用户的用电的稳定性和用电安全。
风力发电对电网运行的影响及对策近年来,随着全球化石油能源的日益匮乏,加上日本地震带来的核电警示,加快包括风电在内的安全性清洁能源产业的发展已成为大势所趋。
大规模的风力发电需实现并网运行,国外风电大国虽然对风力发电和电网运行积累了一些经验,但由于我国电网结构的特殊性,风力发电和电网运行如何协调发展已成为风电场规划设计和运行中不可回避的最重要课题。
一、我国风力发电对电网运行的影响我国风力资源的富集地区,电网均比较薄弱,风力发电对电网运行的影响主要体现在电网调度、电能质量和电网安全稳定性等方面。
1.1对电网调度的影响风能资源丰富的地区人口稀少、负荷量小、电网结构薄弱等特点,风电功率的输入必然要改变电网的潮流分布,对局部电网的节点电压也将产生较大的影响。
风能本身是不可控的能源,它是否处于发电状态和所发电量基本取决于风速状况,而风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组发电量具有较大的波动性和间歇性,并网后的风电场相当于电网的随机扰动源,具有反调节特性,需要电网侧预留出更多的备用电源和调峰容量,由于风力发电的不稳定性,增加了风力发电调度的难度。
1.2对电能质量的影响风电机组输出功率的波动性,使风电机组在运行过程中受湍流效应、尾流效应和塔影效应的影响,造成电压偏差、波动、闪变、谐波和周期性电压脉动等现象,尤其是电压波动和闪变对电网电能质量影响严重。
风力发电机中的异步电动机没有独立的励磁装置,并网前本身无电压,在并网时要伴随高于额定电流5~6倍的冲击电流,导致电网电压大幅度下跌。
在变速风电机组中大量使用的电力电子变频设备会产生谐波和间谐波,谐波和间谐波的出现,会导致电压波形发生畸变。
1.3对电网安全稳定性的影响电网在最初设计和规划时,没考虑到风电机组接入电网末端会改变配电网功率单向流动从而使潮流流向和分布发生改变的特点,造成风电场附近的电网电压超出安全范围,甚至导致电压崩溃。
大规模的风力发电电量注入电网,必将影响电网暂态稳定性和频率稳定性。
风力发电对电网运行的影响摘要近年来,随着社会的不断进步和经济水平的提高,风力发电凭借着经济实惠和绿色环保的优势在电网运行中得到了进一步的推广运用及发展,并在电力系统中发挥着极为重要的作用。
本文介绍了我国现阶段风力发电的现状,并就风力发电对电网运行在电网调度、电能质量、电网安全性和稳定性方面的影响进行了分析,最终提出了电网企业应对风力发电和电网运行之间相互协调、共同发展采取的措施。
关键词风力发电;电网运行;影响0 引言随着风电电源的规模在全网容量的比例上较大幅度的提升,致使常规电源在电网运行中,控制与调整的能力都被削弱了,而风电电源在调压任务、执行系统调配和抑制系统功率震荡等工作上,很难与常规电源相持平,因而导致风力发电在电网运行中就比较容易产生许多问题。
针对这样的情况,我国电力企业需尽快实现风力发电的并网运行,减少风力发电对电网运行的影响,使风力发电与电网运行能够协调的发展,进而确保电网企业在效益方面的最大化。
1 我国的风力发电的现状分析在我国,风力发电的起步较早,在产业化方面的发展也比较稳定,因而风力发电即将成为火力发电和水力发电后的第三个较大的发电电源。
从风力发电的技术应用上来说,我国的风电企业都通过引进国外先进技术并对技术消化吸收,最终能够把引进的技术经过改革和创新这三个步骤来进行的。
我国风力发电起始于二十世纪的50年代中后期,自从上个世纪的80年代时引入的55千瓦容量的风电机投入到商业化开始运行后,经过这些年的发展和进步,我国在风电市场上已步入了稳定、长久的发展之路。
自2009年起,我国的风力发电机总装机容量大约为2600万千瓦,居于世界第二,而新增的容量高达1300万千瓦,已跃居世界首位。
由此可见,我国电力企业的风电产业已经进入了大跨步发展的一个阶段。
我国的风力发电和电网运行不够协调,导致风力发电对电网运行造成了极大的影响,而致使风力发电和电网运行不够协调的原因有三点:风力发电和电网建设的步伐不统一、风电的发展和规划侧重到资源方面的规划和风力发电的调峰容量不够。
《直驱机组风电场对电网继电保护影响的研究》篇一一、引言随着可再生能源的快速发展,风力发电作为绿色能源的重要组成部分,在全球范围内得到了广泛的应用。
直驱机组风电场作为风力发电的主要形式之一,其大规模并网运行对电网的稳定性和继电保护带来了新的挑战。
本文旨在研究直驱机组风电场对电网继电保护的影响,分析其潜在的风险和挑战,并提出相应的解决方案和优化措施。
二、直驱机组风电场概述直驱机组风电场是指采用直驱式永磁发电机组的风电场。
直驱机组具有结构简单、维护量少、发电效率高等优点,因此在风电场建设中得到了广泛应用。
直驱机组风电场的并网运行,不仅提高了风能利用效率,还为电网提供了清洁、可再生的能源。
然而,大规模直驱机组风电场的并网运行也给电网带来了新的挑战和问题。
三、直驱机组风电场对电网继电保护的影响1. 故障电流特性变化直驱机组风电场的接入改变了电网的故障电流特性。
由于直驱机组的控制策略和电力电子设备的引入,故障电流的上升速率和幅值与传统电网有所不同。
这可能导致传统的继电保护装置在识别和响应故障时出现误动或拒动的情况。
2. 保护装置配合问题直驱机组风电场的接入还可能引发保护装置之间的配合问题。
由于风电场的分布性和大规模性,保护装置之间的配合和协调变得更为复杂。
此外,直驱机组的控制策略和电力电子设备的引入也可能影响保护装置的配合和协调。
3. 电网稳定性问题直驱机组风电场的接入可能对电网的稳定性产生影响。
风力发电的间歇性和波动性可能引发电网的电压和频率波动,进而影响电网的稳定性。
此外,大规模直驱机组风电场的接入也可能对电网的潮流分布和短路容量产生影响,进一步增加了电网的稳定性问题。
四、解决方案与优化措施1. 改进继电保护策略针对直驱机组风电场对继电保护的影响,需要改进继电保护策略。
通过对故障电流特性的分析和研究,优化继电保护装置的定值和动作特性,提高其对直驱机组风电场接入后的适应性和可靠性。
2. 加强保护装置之间的配合和协调为了解决保护装置之间的配合和协调问题,需要加强电网调度和运行管理。
电力系统中风力发电对电网的影响研究近年来,风力发电作为一种新兴的可再生能源在全球范围内得到广泛的推广。
据统计,截至2020年底,全球累计风电装机容量已经达到了743GW,其中中国排名第一,已经成为全球风力发电的重要市场。
然而,在风力发电迅猛发展的同时,其对于电力系统的影响也日益显现,对于电力系统的稳定运行以及风电的可持续发展提出了新的挑战。
因此,本文将深入探讨风力发电在电力系统中的影响,并探索应对策略。
一、风能在电力系统中的地位和优势风力发电作为一种清洁、可再生的能源,具有以下几个优势:1. 适用性广泛风力发电可以在各种地形和气候条件下使用,因此适用性非常广泛。
目前,在全球范围内,风力发电已经被应用于多种领域,如城市供电、农业灌溉、工业生产等。
2. 风力发电成本低与传统的化石能源相比,风力发电的成本较低。
随着技术的发展,风力发电的成本将进一步降低,成为更具有竞争力的清洁能源。
3. 产生的能源没有排放风力发电是一种零排放的能源。
与传统的发电方式相比,风力发电可以避免大量的二氧化碳排放,对于环境保护具有重要的意义。
二、风力发电对电力系统的影响尽管风力发电具有诸多优势,在电力系统中使用也会带来一些挑战。
以下罗列了几个主要的风力发电对电力系统的影响:1. 增加电力系统调度难度由于风力发电的风速会随着时间和地点的不同而发生变化,因此将风力发电集成到电力系统中将增加电力系统的调度难度。
与传统的发电方式不同,风力发电并不能按照需要灵活控制出力,而是被动地通过叶片转速和桨角度等参数调节。
这意味着,风力发电的扰动性将更加强烈,对于电力系统的调度和能量管理提出了更高的要求。
2. 影响电力系统供需平衡由于风力发电的不稳定性,它对于电力系统的供需平衡也会带来影响。
在风速较低的情况下,风力发电的出力较小,如果此时需要满足较大的负荷,电力系统将会受到压力。
反之,如果风速过大,会出现过剩的现象,从而导致电力系统的供电不稳定。
风力发电对电力系统的影响及解决措施发布时间:2021-06-25T14:33:29.700Z 来源:《当代电力文化》2021年第6期作者:李春华鲁新[导读] 目前,在中国各种新能源的开发利用中,风力发电的优势仍显而易见李春华鲁新内蒙古华电辉腾锡勒风力发电有限公司内蒙古呼和浩特 010010摘要:目前,在中国各种新能源的开发利用中,风力发电的优势仍显而易见。
首先,由于风力发电技术的迅速发展,效率大大提高,因此风力发电的使用成本不断降低,经济效益突出。
就环境保护而言,风能是清洁和无污染的能源,在发电过程中不会对周围的自然环境产生重大影响,在环境保护方面具有显着优势。
然而,在需求过程本身,在大规模风力发电和国家电网并行运作方面仍然存在许多技术问题,需要进一步研究。
关键词:风力;发电系统;发电量;预测阐述了风电的发展前景和装机容量增加对电力系统的影响,介绍了继电保护装置和配电方式的影响。
即风电并网对电力系统的影响及解决方案,如提高电能质量、改善电网结构、安装电力电子设备等,加强电网安全管理,提高风电场接入设计要求。
一、中国风电的发展1.风力发电发展现状。
中国将可再生能源的开发利用提高到战略发展水平,优化能源结构是解决中国日益严重的化石燃料和空气污染问题的主要途径之一。
成熟技术的可再生能源和中国的第一次使用是水能源,但存在着发展周期长、成本投资大等问题,目前风能似乎已成为最有潜力的清洁可再生能源。
2.中国风电产业发展目标。
随着中国风电装机容量的快速增长,风电技术水平日益提高,中国风电发展面临新挑战。
为了确保到2030年可再生能源消费总量达到20%,促进能源结构的改造和现代化以及风力发电产业的健康发展,中国制定了指导思想、基本原则、发展目标、建设规划、关键任务和创新发展方法随着风电装机容量的快速增长和风电技术水平的不断提高,中国风电的发展面临着新的挑战。
为了确保到2030年可再生能源消费达到20 %的总体目标,促进能源结构转型和现代化以及风力发电产业的健康发展,中国确定了指导思想、基本原则、发展目标、建设规划、关键任务,并创新了节能模式。
风力发电对电网的影响及对策【摘要】风力发电作为一种新型的可再生能源,具有改善能源结构、经济环保等方面的优势。
通过分析风电场并网运行的特性及其对电力系统的安全、调度、电能质量和稳定性的影响,最后提出改善风电场运行性能的对策。
【关键词】风力发电电网稳定性质量中图分类号: tm315 文献标识码: a 文章编号:随着风电规模占全网容量比例的大幅增加,原有常规电源对电网运行的调整与控制能力被削弱;而风电电源很难像常规电源一样,执行系统的调频、调压任务和抑制系统的功率震荡,所以风电场接入电网技术、风电场对电网运行的影响等问题日益突出。
此外,风力发电功率输出随机性很强,波动很大且不可控,而且风电场大多建设在电网的末梢,网络结构相对薄弱,风电场并网运行必然会对电力系统的安全性、稳定性、电能质量、系统可靠性、电源和电网规划等方面带来一定的影响。
一、风力发电的特点风力发电之所以在全世界获得快速发展,除了能源需求增加,环保压力加大外,还因为风力发电本身具有独特的优点。
主要表现在:风电资源在风能丰富地区可就地开发利用,不存在运输问题;风能是可再生能源,清洁无污染;风电场建设施工周期短;实际占地少,对土地要求低;风电场运行简单;风力发电机技术比较成熟。
但与此同时,风力发电也有其自身的局限性,主要表现在:风能的能量密度小;由于风力和风向时常不稳,导致能量无法集中;风能不能大量存储;风轮机的效率较低;风机产生机械和电磁噪声,对生态环境有影响;风力发电机采购成本高,致使发电成本大幅度攀升;接入电网时对电网有不利影响。
二、风力发电系统的基本形式从机组结构上看,风力发电经过多年的发展,曾出现过多种类型。
图1是几种典型的风力发电系统拓扑,这些拓扑的区别在于使用的发电机和电力电子变换器以及有无齿轮箱。
图1 典型风力发电机组的拓扑结构图图1(a)是20世纪80年代到90年代被广泛采用的传统结构。
它的风力机采用失速调节,机组转速可以认为是不可调的。
为了补偿感应发电机的无功功率使用了电容器组,为了平滑并网使用了软启动器进行软并网。
图1(b)中,用电力电子变换器代替了软启动器和电容器组,把电网和感应发电机隔开,实现了机组在全风速下的变速运行。
图1(c)中使用了绕线转子的感应发电机,并采用电力电子变换器外部改变转子电阻,从而获得转差率可控的10%可调范围,并通过控制转差率控制机组输出的功率。
图1(d)结构使用了双馈型感应发电机,用变频器控制转子绕组的电流。
变频器功率仅为发电机额定功率的20%~30%就可控制发电机的全功率输出。
这种结构比图(c)的结构有更宽的调速范围,变换器所需功率较小,经济性好。
图1(e)引入了绕线式同步发电机,经电力电子变换器连接电网。
由于它需要励磁用整流电路、电刷和滑环。
即使其可以实现变速恒频也不被看好。
图1(f)与图1(e)结构相同,也使用绕线式同步发电机。
但由于它使用的是多极发电机。
所以它不需要齿轮箱。
图1(g)所示结构有风力机直接驱动多级永磁同步发电机。
省去了齿轮箱、电刷和滑环,提高了机组的运行可靠性,减少了维护费用。
电力电子变换器可以使机组实现变速恒频运行。
早期由于成本的原因只用于小型风力发电机,典型应用是作为船舶电源。
近年来随着永磁体价格的降低这种结构被广泛的应用,目前单机容量国内已经达到2 mw。
从技术发展上看,风力发电经历了从定桨距到变桨距、从恒速恒频(cscf)到变速恒频(vscf)的技术升级。
节距角就是桨叶半径r处回转平面与桨叶截面弦长之间的夹角。
变桨距控制就是通过改变桨叶节距角来调节风力机功率,使得在额定风速以下控制风力机运行于特定转速使其风能转换效率保持最大直到功率达到额定值;在风速超过额定时降低转换效率保持额定功率直到切出风速,这是定桨距很难实现的。
变速恒频发电是另一种新型的发电技术,尤其适合于风力发电。
它适应了风能的随机、不稳定的特性,根据风速调节转速从而最大的输出能量,实现和电网的柔性连接,提高机组的风能转化效率,减少风力机的应力和磨损,优化了机组运行条件。
20世纪90年代以来,国内外新建的大型风力发电系统大多采用变速恒频技术。
随着风力发电技术的广泛应用,变速恒频风力发电方式将得到更多重视。
二、风力发电对电网的影响1、风力发电场的规模问题目前,我国正在进行全国电网互联,电网规模日益增大。
对于接入到大电网的风电场,其容量在电网总装机容量中占的比例很小,风电功率的注入对电网频率影响甚微,不是制约风电场规模的主要问题。
然而,风能资源丰富的地区人口稀少,负荷量小,电网结构相对薄弱,风电功率的注入改变了电网的潮流分布,对局部电网的节点电压产生较大的影响,成为制约风电场规模的重要问题。
风力发电的原动力是不可控的,它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况,风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。
在现有的技术水平下风力发电还无法准确预报,因此风电基本上是不可调度的。
从电网的角度看,并网运行的风电场相当于一个具有随机性的扰动源,对电网的可靠运行造成一定的影响。
由此可见,确定一个给定电网最大能够承受的风电注入功率成为风电场规划设计阶段迫切需要解决的问题。
2、对电能质量的影响风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的,可能影响电网的电能质量,如电压偏差、电压波动和闪变、谐波以及周期性电压脉动等。
电压波动和闪变是风力发电对电网电能质量的主要负面影响之一。
影响风力发电产生波动和闪变的因素有很多:随着风速的增大,风电机组产生的电压波动和闪变也不断增大。
并网风电机组在启动、停止和发电机切换过程中也产生电压波动和闪变。
风电机组公共连接点短路比越大,风电机组引起的电压波动和闪变越小。
另外,风电机组中的电力电子控制装置如果设计不当,将会向电网注入谐波电流,引起电压波形发生不可接受的畸变,并可能引发由谐振带来的潜在问题。
异步电机作为发电机运行时,没有独立的励磁装置,并网前发电机本身没有电压,因此并网时必然伴随一个过渡过程,流过5~6倍额定电流的冲击电流,一般经过几百毫秒后转入稳态。
对小容量的电网而言,风电场并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌,从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行,甚至会影响到整个电网的稳定与安全。
3、对稳定性的影响风力发电通常接入电网的末端,改变了配电网功率单向流动的特点,使潮流流向和分布发生改变,这在原有电网的规划和设计时是没有预先考虑的。
因此,随着风电注入功率的增加,风电场附近局部电网的电压和联络线功率将会超出安全范围,严重时会导致电压崩溃。
由于采用异步发电机,风电系统在向电网注入功率的同时需要从电网吸收大量的无功功率。
因此,为了补偿风电场的无功功率,每台风力发电机都配有功率因数校正装置,目前常用的是分组投切的并联电容器。
电容器的无功补偿量的大小与接入点电压的平方成正比,当系统电压水平较低时,并联电容器的无功补偿量迅速下降,导致风电场对电网的无功需求上升,进一步恶化电压水平,严重时会造成电压崩溃。
由于异步发电机的功率恢复特性,当电网发生短路故障时,若故障排除不及时,也将容易导致暂态电压失稳。
另一方面,随着风电场规模的不断扩大,风电场在系统中所占的比例不断增加,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,严重情况下,将会使系统失去动态稳定性,导致整个系统的瓦解。
4、对保护装置的影响为了减少风电机组的频繁投切对接触器的损害,在有风期间风电机组都保持与电网相连,当风速在起动风速附近变化时,允许风电机组短时电动机运行,因此风电场与电网之间联络线的功率流向时是双向的。
因此,风电场继电保护装置的配置和整定应充分考虑到这种运行方式。
异步发电机在发生近距离三相短路故障时不能提供持续的故障电流,在不对称故障时提供的短路电流也非常有限。
因此风电场保护的技术困难是如何根据有限的故障电流来检测故障的发生,使保护装置准确而快速地动作。
另一方面,尽管风力发电提供的故障电流非常有限,但也有可能会影响现有配电网络保护装置的正确运行,这在最初的配电网保护配置和整定时是没有考虑到的。
三、弱化风电场对电网影响的措施1、改善电压质量措施(1)改善电网结构。
并网风电机组的公共连接点短路容量比和电网的线路x/r比是影响风电机组引起的电压波动和闪变的重要因素。
提高公共连接点短路容量比和采用适当的线路x/r比能够有效抑制风电机组引起的电压波动和闪变。
(2)改善并网方式。
采用双向晶闸管控制的软启动装置并网,减小风电场并网对电网造成的冲击,将风电场并网时的冲击电流限制在1.2~15倍额定电流以内,得到—个比较平滑的并网过程。
(3)利用补偿装置抑制电压波动与闪变,如静止无功补偿器(svc)、有源滤波器(apf)、动态电压恢复器(dvr)以及配电系统电能质量统一控制器(up-fc)等。
2、改善电压稳定性措施(1)采用无功补偿装置。
由于分组投切电容器不能实现连续的电压调节,电容器的投切次数有一定的限制,其动作也有一定延时。
因此,采用静止无功补偿器。
将静止无功补偿器(svc)安装在风电场的出口,根据风电场接入点的电压偏差量来控制svc补偿的无功功率,能够稳定风电场节点电压,降低风电功率波动对电网电压的影响。
(2)采用超导储能装置。
具有有功无功综合调节能力的超导储能装置(smes)具有转换效率高、响应速度快的特点,既可以进行有功功率的调节,又可以进行无功功率的调节,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。
3、保护装置的调整与改进配电网保护配置和整定时,须考虑风力发电提供的故障电流;风电场继电保护装置的配置和整定时,应考虑风电场与电网之间联络线的功率流向。
一般按照终端变电站的方案进行配置和整定。
依靠配电网的保护来切除网络的故障,然后由孤岛保护、低电压保护等措施来逐台切除风电机组。
当故障清除后,风电场自动重新并网。
4、提高风电场动态特性的措施(1)提高负荷侧功率因数。
通过提高风电场的功率因数,可提高风电场的动态特性,从而改善风电场的运行条件。
(2)采用动态无功补偿。
在电网动态过程中提供动态无功功率,可改善系统的动态特性。
(3)故障后切除风电机组。
故障后,切除一定比例的风电机组使风电机组脱网运行,可快速隔离风电机组暂态过程中从电网吸收无功功率,从而快速恢复系统电压,保证电网的安全稳定运行。
(4)合理选择风电的并网方式。
交流并网时,采用可控硅软并网可以大大减少对电网的冲击电流。
或采用基于电压源换流器技术的轻型直流输电(hvdc light)方式,可以灵活地调节无功和电压,改善交流系统的稳定性和电能质量。
(5)广泛采用增强系统小干扰稳定的手段。
例如励磁机附加pss(power system stabilizer)、在facts控制系统中附加功率振荡阻尼回路及增设串、并联补偿设备等,有助于改善功角稳定性。