試論風力發電對電網的影響探討

試論風力發電對電網的影響探討

安永兵 寧夏西蒙機電設備有限公司風電運營事業部 750004

摘要：隨著我國經濟的快速發展，我國對於能源的的需求不斷增加，但是由於全球化石油、煤炭等資源的日益匱乏以及一係列不可再生能源危機的出現，使得我國的能源利用現狀不容樂觀，因此必須不斷加快對於新能源開發和利用的步伐。我國風能資源十分豐富，蘊藏量巨大，風力發電即是利用極為重要的可再生清潔能源，因此有效推動對風力發電的進一步利用和發展則顯得十分重要。以下，筆者就我國風力發電的相關方麵內容，簡要就我國風力發電對電網的巨大影響加以論述。

關鍵詞：風力發電；電網；影響



　　　風能是一種幹淨且儲存量較多的可再生能源，相比較於其他的煤、石油、天然氣等礦物燃料能源，風能資源具有汙染較小和可再生的顯著優勢，可以說這是一種取之不盡、用之不竭的新能源。有效推動我國對風能資源的大規模利用無疑有助於減輕空氣汙染，降低有毒有害氣體的排放，但是由於風能資源具有一定的不穩定性和地域性等特點，這勢必需要加強對我國風能資源的深入研究，以下，筆者簡要就我國風力發電對電網的影響為切入點對其加以分析和了解。

　　　我國風力發電的發展情況

（一）風電場裝機情況統計表

中國風電場裝機情況統計表

序號 地區 風電場數量 風電機數量 裝機容量（MW）

1 遼寧 8 172 102.5

2 新疆 4 188 89.7

3 廣東 3 167 79.8

4 內蒙古 5 160 76.3

5 浙江 3 66 33.4

6 吉林 1 49 30.1

7 甘肅 1 29 16.2

8 河北 2 30 13.5

9 福建 2 24 12.8

10 海南 1 19 8.8

11 台灣 3 19 8.5

12 山東 2 10 5.6

合計 35 926 477.0

世界風電裝機容量排名

排序 國家 裝機容量（MW） 排序 國家 裝機容量（MW）

1 德國 12001 6 意大利 785

2 西班牙 4830 7 荷蘭 688

3 美國 4685 8 英國 552

4 丹麥 2880 9 中國 468

5 印度 1702 10 日本 415

　　　綜合以上表格來看，由於我國風能資源的特殊性以及其科學技術發展的限製等因素，我國對於風能資源的利用並不是十分的普遍，且各個地區的裝機容量存在著較大的差距，風電場以及風電機組的數量相比較於其他擁有較為成熟的風力發電體係的國家而言，仍然存在著較大的差距。

　　　但是隨著我國能源需求的不斷增加以及風力資源的顯著優勢，我國對於風力資源的利用勢必會擁有一個更為廣闊的發展空間，獲得更加成熟、更加先進的科學技術為指導，完善自身方麵發展的不足和缺陷。

　　　二、我國風力發電對電網運行的影響分析

　　　一般情況下，在我國風力資源較為豐富的地方，對於風力資源的利用較為普遍，而電網則顯得較為薄弱，風力發電對於我國的電網運行具有極為重要的意義和影響。以下，筆者簡要就我國風力發電對我國的電網運行的三個方麵（對於對電網調度的影響、對於電能質量的影響以及對電網安全穩定性的影響）的影響加以分析和探究。

　　　對於對電網調度的重要影響

　　　對於電網潮流分布的改變

　　　整體來看，風能資源較為豐富的地帶，其大約呈現出人口分布較少的特點。由於這些風能資源豐富地區的人口數量稀少、負荷率較小，其相應的電網結構相對薄弱，這就使得風電功率的輸入必然要對電網的潮流分布加以改變，這對於電網節點的電壓無疑會產生重要的影響。

2、更多的備用電源和調峰容量的預留

　　　風能的一個較為顯著的特點是波動性較大，人類對它的可控性較小，正是這些因素的影響，使得風力發電狀態和發電量都極大的受製於風速的變化，也就是風能資源的不穩定性和波動性也間接的導致了風電機組發電量的波動和間歇性。在進行並網之後，風電場則成為了電網的幹擾源，其反調節的特性，就使得電網更多的需要對備用電源和調峰容量加以提前保留，而風能資源的這種特點也導致了風力發電調度的難度。

　　　對備用電源和調峰容量預留的重要原因就在於風能資源本身的不確定性，這導致了日電力電量平衡和電源安排等十分困難，而且，隨著風電容量的不斷增加，日電力電量平衡和電源安排等問題的安排更加突出。在我國對風電預測準確率較低的階段，倘若對風電功率的考慮過高，則可能會導致全網設備備用不足現象，但是倘若對於電功率的考慮偏低，則極容易導致其他常規火電機組深度調峰容量的增加，甚至更糟的導致火電機組被迫啟停調峰，進而導致火電機組煤耗指標的大幅度上升。此外，風電預測的誤差對於跨省聯絡線計劃的執行有著直接的影響，如果風電的預測偏小的話，則可能會導致電網調節能力的不足，進而影響風電出力。

　　　（二）對於電能質量的重要影響

　　　1、影響電壓波動和電網電能質量

　　　風能的不穩定性極容易導致風電機組輸出功率的較大波動，進而導致風電機組在運行的過程中可能會受到湍流效應、尾流效應以及塔影效應的影響，對電網電壓造成一定的電壓偏差和較大的電壓波動，甚至會出現電壓的周期性脈動等等，風電機輸出功率的較大波動對於電壓波動情況和閃變都有較大影響，這對於電能的質量有著較大的影響。

　　　電網電壓的大幅度降低

　　　風力發電機中的異步電動機並沒有獨立的勵磁裝置，並網本身並沒有電壓，在並網的同時需要伴有一定的衝擊電流（高於額定電流的五到六倍），這就極容易導致電壓的大幅度降低，這對於電網的穩定運行是極為不利的。

　　　容易造成電壓波形的畸變現象

　　　在變速風電機組中，其運行過程中需要使用大量的電力電子變頻設備，而這就會極容易導致諧波和間諧波的產生，諧波和間諧波的出現，對於電壓波形畸變現象的產生有著極為重要的作用，而電壓波形畸變現象的出現不容忽視。

　　　（三）對電網安全穩定性的重要影響

　　　1、電壓的穩定性降低

　　　對於並網風電場所在地區的電網來說，當風電場在高出力運行狀態的時候，受端負荷的係統間接的轉換為送端係統。從先前各國較為成功的經驗中分析，不難看出，其電壓穩定性降低的問題仍然存在。導致電壓穩定性降低的重要原因是風電場的無功率特性，把風電場的無功負荷作為一個正的無功負荷，電壓的穩定性與無功功率二者之間存在著較為明顯的相關性，這對於電壓的穩定性造成極大的影響，對於電壓的穩定性的降低有著直接的關聯。

　　　風電場附近的電網電壓超出安全範圍

　　　由於電網發展比風電機組接入電網的早，因此在電網設計的初期階段，並沒有對風電機組接入電網末端加以考慮，風電機組接入電網末端會對潮流的流向和分布發生改變，這就極容易導致風電場附近的電網電壓超出安全範圍，嚴重的可能會導致電壓崩潰等較為嚴重的後果。

　　　對電網暫態穩定性和頻率穩定性的幹擾

　　　在風電機組運行的過程中，當風力資源較豐富的時候，難免會有較大規模的風力發電量注入電網中，這勢必會對於我國電網暫態穩定性和頻率穩定性有著較大的影響，對其有著較為顯著的幹擾性。

　　　對電網安全的潛在威脅

　　　風力發電在電網運行過程中會對電網的安全問題有著極為重要的影響，特別是短路電流倘若超過附近變電站母線以及開關設備的遮斷容量，會對於電網的安全問題存在著較大的威脅。

結語

　　　風力發電作為一項重要的對可再生能源的利用，在對其有效的重複利用過程中，可以有效緩解我國緊缺的資源現狀，對於改善環境汙染有著極為重要的作用。筆者衷心希望，以上關於對我國風力發電對電網的研究能夠被相關負責人合理的吸收和采納，進而更好的推動我國新能源事業的應用和發展，有效保護我國的環境，減輕空氣汙染，更好的為我國國民經濟的可持續發展做鋪墊。

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作者簡介：安永兵（1983.02.07），男，專科科，寧夏銀川人，工作單位：寧夏西蒙機電設備有限公司，風電運營事業部，麻黃山第三、四風電場運行值長，研究方向：電氣類，高壓供配電，風電，變電所升壓站。