近年來，隨著全球化石油能源的日益匱乏，加上日本地震帶來的核電警示，加快包括風電在內(nèi)的安全性清潔能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為大勢所趨。大規(guī)模的風力發(fā)電需實現(xiàn)并網(wǎng)運行，國外風電大國雖然對風力發(fā)電和電網(wǎng)運行積累了一些經(jīng)驗，但由于我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性，風力發(fā)電和電網(wǎng)運行如何協(xié)調(diào)發(fā)展已成為風電場規(guī)劃設計和運行中不可回避的最重要課題。

一、我國風力發(fā)電對電網(wǎng)運行的影響

我國風力資源的富集地區(qū)，電網(wǎng)均比較薄弱，風力發(fā)電對電網(wǎng)運行的影響主要體現(xiàn)在電網(wǎng)調(diào)度、電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全穩(wěn)定性等方面。

1.1對電網(wǎng)調(diào)度的影響

風能資源豐富的地區(qū)人口稀少、負荷量小、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱等特點，風電功率的輸入必然要改變電網(wǎng)的潮流分布，對局部電網(wǎng)的節(jié)點電壓也將產(chǎn)生較大的影響。風能本身是不可控的能源，它是否處于發(fā)電狀態(tài)和所發(fā)電量基本取決于風速狀況，而風速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風電機組發(fā)電量具有較大的波動性和間歇性，并網(wǎng)后的風電場相當于電網(wǎng)的隨機擾動源，具有反調(diào)節(jié)特性，需要電網(wǎng)側(cè)預留出更多的備用電源和調(diào)峰容量，由于風力發(fā)電的不穩(wěn)定性，增加了風力發(fā)電調(diào)度的難度。

1.2對電能質(zhì)量的影響

風電機組輸出功率的波動性，使風電機組在運行過程中受湍流效應、尾流效應和塔影效應的影響，造成電壓偏差、波動、閃變、諧波和周期性電壓脈動等現(xiàn)象，尤其是電壓波動和閃變對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響嚴重。風力發(fā)電機中的異步電動機沒有獨立的勵磁裝置，并網(wǎng)前本身無電壓，在并網(wǎng)時要伴隨高于額定電流5～6倍的沖擊電流，導致電網(wǎng)電壓大幅度下跌。

在變速風電機組中大量使用的電力電子變頻設備會產(chǎn)生諧波和間諧波，諧波和間諧波的出現(xiàn)，會導致電壓波形發(fā)生畸變。

1.3對電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響

電網(wǎng)在最初設計和規(guī)劃時，沒考慮到風電機組接入電網(wǎng)末端會改變配電網(wǎng)功率單向流動從而使潮流流向和分布發(fā)生改變的特點，造成風電場附近的電網(wǎng)電壓超出安全范圍，甚至導致電壓崩潰。大規(guī)模的風力發(fā)電電量注入電網(wǎng)，必將影響電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。短路電流超過附近變電站母線和開關(guān)等設備的遮斷容量，影響電網(wǎng)的安全。

二、風力發(fā)電與電網(wǎng)運行不協(xié)調(diào)的原因

2.1風力發(fā)電與電網(wǎng)建設步伐不統(tǒng)一

風力電發(fā)項目前期工作流程相對簡單，核準進度快，建設周期相對較短，而電網(wǎng)接入系統(tǒng)在項目審查、方案確定及工程建設方面相對復雜，220kV電網(wǎng)可由各省(自治區(qū))核準，330kV以上全部需報國家能源局核準，而電網(wǎng)的核準程序復雜，經(jīng)過每個村莊都要取得鄉(xiāng)、縣、市、省的支撐性文件，歷時較長，致使接入系統(tǒng)工程與風電場建設難以同步完成，建設工期無法匹配。在我國，1個風電場首臺機組建設周期通常為6個月，全部風電場建成僅需1年，而電網(wǎng)工程建設周期要長很多，特別是輸電線路建設需要跨地區(qū)，協(xié)調(diào)工作難度較大。220kV輸電工程的合理工期為1年左右，750kV輸電工程合理工期為2年左右。

2.2風力發(fā)電調(diào)峰容量不足

從電力電量平衡的角度考慮，電網(wǎng)無法完全消納風電資源，良好的電源結(jié)構(gòu)和充足的備用是實現(xiàn)風電充分利用的基礎，風電具有隨機性、間歇性和波動速度快的特點，需要一定規(guī)模的靈活調(diào)節(jié)電源與之相匹配。以內(nèi)蒙古地區(qū)為例，電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)單一，火電機組比重占全區(qū)發(fā)電裝機的84%，供熱機組占火電機組的40%，占電網(wǎng)最高發(fā)電負荷的64%。進入冬季供熱期后，燃煤機組調(diào)峰深度為50%左右，燃氣和抽水蓄能機組調(diào)峰深度可達100%，供熱機組完全不參與調(diào)峰。電網(wǎng)雖然進行了優(yōu)化調(diào)度，但為了滿足供熱需求，留給風電的負荷裕度非常小，電網(wǎng)無法滿足風電全額上網(wǎng)的要求，電量平衡困難。

三、發(fā)電企業(yè)需采取的措施

3.1降低對電網(wǎng)調(diào)度的影響

針對電網(wǎng)系統(tǒng)潮流分布的變數(shù)和電網(wǎng)的調(diào)壓、調(diào)頻問題，可通過風電電能的預測來緩解。近年來，預測風電場電力輸出的相關(guān)技術(shù)有很大發(fā)展，利用風電場可靠歷史數(shù)據(jù)和附近氣象站的預報數(shù)據(jù)，可預測風電場的出力變化。

3.2降低對電能質(zhì)量影響

風電場需加裝必要的無功補償裝置或采用具有無功控制的雙饋變速風電機組，也可采用雙向晶閘管控制的軟啟動裝置。當風力機把發(fā)電機帶到同步速附近時，發(fā)電機輸出端斷路器閉合，使發(fā)電機經(jīng)過一組雙向晶閘管與電網(wǎng)連接，通過電流反饋對雙向晶閘管導通角進行控制，當并網(wǎng)結(jié)束，雙向晶閘管短接，獲得比較平滑的并網(wǎng)過程，以降低風電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。通過人工干預，使同一區(qū)域風電機組不同時啟動，可減小啟、停風力發(fā)電機對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。

3.3降低對電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響

利用分組投切電容器組方法對系統(tǒng)進行無功補償。但它不能實現(xiàn)連續(xù)的電壓調(diào)節(jié)，且電容器投切次數(shù)也有一定的限制，因此，它不能控制因風速變化太快而產(chǎn)生的電壓波動。靜止無功補償器SVR(StaticVarCompensa-tor)安裝在風電場的出口，根據(jù)風電場接入點的電壓偏差量來控制SVC補償?shù)臒o功功率，穩(wěn)定風電場的節(jié)點電壓，降低風電功率波動對電網(wǎng)電壓的影響，改善電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在風電場出口采用基于GTO逆變器的雙橋結(jié)構(gòu)換流裝置，超導儲能裝置利用其有功、無功綜合調(diào)節(jié)的能力，降低風電場輸出功率波動，同時實現(xiàn)對電壓和頻率同步控制，穩(wěn)定風電場電壓。

四、電網(wǎng)企業(yè)需采取的措施

4.1降低對電網(wǎng)調(diào)度的影響

加強電網(wǎng)接納能力的研究，提高電網(wǎng)對風力發(fā)電電量的接納能力。從整體上確定電網(wǎng)能夠接納的最大風電裝機容量，為風電發(fā)展規(guī)劃提供參考，盡快建立風電并網(wǎng)技術(shù)評價機構(gòu)，為風電的合理接入提供技術(shù)支撐。完善風力發(fā)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)度管理措施，根據(jù)風電場的風電功率預測，優(yōu)化安排其他風電機組發(fā)電出力。

4.2降低對電能質(zhì)量影響

改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。并網(wǎng)發(fā)電機組公共連接點短路比越大，引起的電壓波動和閃變越小，合適的電網(wǎng)線路X/R可使有功功率引起的電壓波動被無功功率引起的電壓波動補償?shù)?，閃變值也有所減輕，所以，電網(wǎng)線路可通過調(diào)節(jié)合適的X/R來降低風力發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。提高電網(wǎng)的電壓等級，變高壓輸電為超高壓輸電，建設新的輸電線路并安裝相應的自動控制裝置以此來降低風力發(fā)電傳輸和分配對電能質(zhì)量的影響。

4.3降低對電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響

研究風力發(fā)電對電網(wǎng)運行方式、頻率控制、電壓調(diào)整、潮流分布、故障水平和穩(wěn)定性等造成的影響。加強對電網(wǎng)接納風電能力的仿真研究。通過升級改造，提高相應電氣設備能力，增加風電場附近開關(guān)的遮斷容量。加裝必要的濾波器，防止電網(wǎng)諧波超標。

總之，實現(xiàn)風力發(fā)電與電網(wǎng)運行協(xié)調(diào)發(fā)展，電源企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)要深入分析當前風電發(fā)展技術(shù)瓶頸與政策原因，把握風電發(fā)展的技術(shù)特點和政策導向，努力解決風力發(fā)電對電網(wǎng)調(diào)度、電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響，確保風力發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)利益的最大化。