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1、浅析风力发电对电力系统运行的影响薛宇(国网电力科学研究院，南京210003)摘要：大规模的风力发电必须要实现并网运行。风电场接入电力系统的分析是风电场规划设 计和运行中不可缺少的内容，是风力发电技术的三大课题z。欧美的风电大国对风力发电 的建设和运行己经有一些实际经验和技术规定，值得我们去学习借鉴。本文主要介绍风力发 电并网对电力系统的影响。分析了大规模风电并网中的一些技术问题.关键词：风力发电：电力系统;并网；电能质最；稳定性Analysis on the in flue nee of wind power generation on powersystem operationXueYu(S
2、tate Grid Electric Power Research Insititute, Nanjing 210003)Abstract： Large - scale wind power generator must implement parallel operation. Access to electric power system analysis of wind Wind Power Plant Planning design and operation of integral content, is one of the three major issues of wind p
3、ower technology.Europe and the United States on the construction and operation of wind power generation have some practical experience and technical regulations, and worth learning from.This article mainly introduces the influence of wind power grid - connected power system. Analysis of some technic
4、al problems of large - scale wind power grid.Keyword: wind electric power generation；引言：2005年，我国颁布可再生能源法，国家政策大力扶持风力发电技术发展，扩大风电发 电容-量，调查显示，国家政策对可再生能源装机补贴：风电600元/千瓦时，光伏20元/Wp。 风电优惠上网电价0. 5广0. 61元/千瓦时节能奖励200250元/tee。因此 我国风力发电技术迅速发展，风力发电容量不断扩大。我国风电装机连续4年翻 帝，全国风电装机容量曲126万千瓦増长到1221万千瓦，世界排名曲2008年的第四名升至 第三名
5、。2009年我国新增装机容量当年新增|比界第一，累计世界第二全国共建设423个风 电场，总容最达2268万千瓦，约占全国发电装机的2.6%0按照国家风电发展规划，2020 年，我国风电装机容量有望达到1. 5亿千瓦。截至2009年底，我国风电累计发电量约为516 亿千瓦时，按照发电标煤煤耗每千瓦时350克计算，可节约标煤1806万吨，减少二氧化碳 排放5562万吨，减少二氧化硫排放28万吨。2000 2OO9年中国风电装机容戢单位：MW 农风七机IR21却ft. WS138032MW.牛网比124*.BlitSVM.*机!2i544fr Wa25805 3MW年H）比K114%.2007331
6、1.9M7 420086153. 72009200020012002200320042006200677. 3IM8506. 912S7. 61M03.2341.iw. aM3. 47M2120712BM 712019. 62 MO b 3图1： 2000年-2009年我国风电装机容量大规模的风力发电必须要实现并网运行。风电场接入电力系统的分析是风电场规划设计和运 行中不可缺少的内容，是风力发电技术的三大课题之一。欧美的风电大国对风力发电的建设 和运行已经有一些实际经验和技术规定，值得我们去学习借鉴。本文主要介绍风力风电并网 对电力系统的影响。本文主要介绍风力风电并网対电力系统的影响。分析了大
7、规模风电并网 中的技术问题。1. 风力风电并网对电力系统的影响随着我国风力发电容量的不断扩大，风电在电力中的比例也不断增大。风电并网容量增 长迅猛，然而，大规模风电并网给电网也带來了很大的压力，风力资源丰富地区，电网往往 较弱，风电场并入电网主要会面临以下一些技术问题：风力发电场的规模问题，对电能质彊 的影响，对稳定性的影响，对保护装置的影响等。1. 1.风力发电场的规模问题目前，我国止在进行全国范围的电网互联，电网规模日益增大。对于接入到大电网的风电场, 其容量在桀个电网总装机容量中只占了很小的比例，风电功率的注入对电网频率影响其微, 并不是制约风电场规模的主要问题。山下图町以看出，我国风能
8、资源丰富和较丰富的地区主 要分布在两个大带里： 三北（东北、华北、西北）地区丰富带。风能功率密度在200300瓦/米彳以上，有的 可达500瓦/米2以上，如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁等、可利 用的小吋数在5000小时以上，有的可达7000小吋以上。这一风能丰富带的形成，主要 是山于三北地区处于中高纬度的地理位置有关。在达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾 梁，均建有大规模的风电场。 沿海及其岛屿地丰富带。年有效风能功率密度在200瓦/米2以上，将风能功率密度线 平行于海岸线，沿海岛屿风能功率密度在500瓦/米2以上，可利用小时数约在7000-8000 小时。山于台湾海峡的狭管效应
9、的影响，东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰富区。我 国有海岸线18000多公里，岛屿6000多个，这里是风能大有开发利用的前景的地区。 近些年，福建沿海地区大力建设了一大批齐种规模的风力发电场。笔者有幸参与了部分 风电场的开发建设工作。这些风能资源丰富的地区，夫部分分布在人口稀少，负荷量小，电网结构相对薄弱的地区, 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。中国风能分布图2：中国风能分布图随看大规模风电场接入电网，电网运行控制出现了很大困难。据统计，受风电影响：蒙 两电网锡盟灰腾梁风电基地沿线变电站220千伏母线电压全年维持在额定电压
10、的1.1倍 新 疆电网达风变110千伏系统电压长期在113千伏以下，为支撑110千系统电压，达风变220 千伏母线电压不得不全年维持在238千伏以上，运行电压调整十分困难，也对输变电设备安 全造成了威胁。风电的原动力-风能，是不可控的，风力发电场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纽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。山此町见，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
11、场规划设 计阶段迫切需要解决的问题。并网风电容量的不断增加，使无条件全额收购风电的政策与电网调峰和安全稳定运行的 矛盾逐渐凸显。为此，有关电网积极采取各种措施，最大努力接纳风电，同时积极与政府有 关部门和发电企业进行沟通，在必要吋段采収限制风电出力措施来保证电网安全稳定运行。 但随着风电接入规模的进一步扩大，矛盾会愈加突出。1.2.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。电床波动 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
12、：随着风速的增大，风电机组产生的电压波动和闪变也不断増大。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。风电机纽公共连接点短路比越大, 风电机纽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直如果设计不当, 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，并可能引发山谐振带來的潜 在问题。风电的反调峰特性增加了电网调峰的难度。据东北、蒙西和吉林电网统计结果，风电反 调峰概率分别为60%、57%和56%。吉林电网山于风电接入，一年期间峰谷差变大的吋间达到 210天。山于调峰容量不足，吉林、蒙西电网都出现了低负荷时段弃风的情况。风电的间歇性、随机性增加了电网
13、调频的负担。风电岀力与电网负荷表现出较强的反调 节特性，如下图示： rii 2789739时09-5-2811:0922Atil 2171012386 60： 028 02 26 06M M 0 53电网负荷风电场出力图3:华北电网张家口地区风电对电网调峰的彩响根据统计，2008年2月到11月新鵬地区风电在30分钟内出力波动超过9万千万达到 347次，增加了电网调频的压力和常规电源调藥的频次风电随机性强、间歇性明显。波动 幅度大，波动频率无规律性。1.3.对电网稳定性的影响风力发电通殆接入电网的末端，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
14、先考虑的。因此，随看风电注入功率的增 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，严重时会导致电斥崩溃。 处于电网末梢的风电场大规模接入后，风电大发期大昴上网，电网输送潮流加大，重载运行 线路增多，热稳定问题逐渐突出。例如：甘肃酒泉地区2007年以來风电、小水电快速发展, 送出孑盾加剧，尽管采用了过负荷切机以及变电站分裂运行等措施來提高输送能力，但风电 场弃风问题仍然长期存在。2008年瓜州，玉门地区风电受限幅度分别达到20%, 40%。山于采用异步发电机，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。I大1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
15、数校止装置，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止比， 当系统电床水平较低时，并联电容器的无功补偿最迅速下降，导致风电场対电网的无功需求 上升，进一步恶化电压水平，严重时会造成电压崩溃风电场运行过度依赖系统无功补偿，限 制了电网运行的灵活性。例如：蒙西塔拉地区500千伏无功补偿设备停运时，220千伏系统 电压最高升至257千伏。风机抗扰动能力差，影响电网安全运行。山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，也将容易导致嚮态电压失稳。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増加，风电输出的不稳定性对
16、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看，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。导致事故范围扩大。在系统发生小扰动时，风电机纽退出运行，使电网承受第二次冲击, 导致事故扩大。200旷2009年吉林口城电网风电场和邻10千伏和66千伏配电系统故障时， 风电机纽均发生大面积脱网，多次造成220千伏母线电压及省间联络线潮流越限，给系统运 行带來了较大冲击。增加了电网遭受冲击的频率及次数。甘肃捡财塘和河南清源风电场自投产运行以來，受 电铁和冶金等大型用八的影响，频繁因三相电压不平衡（未超过国家标准限值）保护动作发 生风电机纟I跳闸停机，使电网频繁遭受冲击。风电的的
