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大规模风电接入对电网的影响分析

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摘要：近年来，科技的发展呈现出日新月异的态势，在这样的趋势之下，人们对于电力资源的需求也在不断地增加。但是，自然资源的有限性与人需求的无限性是相互对立的，在人们对自然资源的不断索取的情况下，自然环境进一步恶化，自然资源也在不断的减少。面对着这样的情况，人们开始寻找新的资源，这时候，可再生能源走入了人们的视线，人们开始越发重视可再生能源的开发与利用。对大规模风电接入情况下对电网的影响进行了分析，通过建模仿真验证了大规模风电对电网方面的影响，并提出改善措施，以期对大规模风电接入下的电网优化提供参考。

关键词：风力发电；电力系统；影响；对策

引言

近年来，世界各国大力发展清洁能源，实施可持续发展战略，取得较为显著的成效。在众多可再生能源中，风能的污染性最小，应用成本低，风力发电技术也较为成熟，在新能源发电领域得到了普遍应用。早期风力发电应用规模相对较小，对电网来说基本不会造成不良的影响，现在大规模风电接入，给电网带来许多问题，对这些问题进行分析研究具有很高的理论和实践价值。

1、概述

能源是社会发展的重要物质基础。人类从远古到现代几乎所有文明的重大进步都伴随着能源的重大改革，从薪柴到化石能源再到新能源无不伴随着生产力的巨大飞跃。能源作为现代化的动力，影响广泛，每一次世界能源危机，都会引发世界范围的经济动荡，甚至战争。由于传统的能源大多不可再生且高污染、高耗能，这使得全球的环境正在逐步恶化，直接威胁着人类的生存。于是在这样的大背景下，风能、太阳能、潮汐能、地热能、生物质能等这些可再生的、环境友好的清洁能源成为未来能源的发展方向。随着《中华人民共和国可再生能源法》的颁布，国家将可再生清洁能源的开发作为能源发展战略优先开展。风能资源是清洁的可再生能源，分布广泛且储量丰富，据全球风能协会统计截止到2016年我国风电累计装机容量达到1.6869×108kW，牢牢占据世界第一位。风能由于其无污染、可再生且具有规模化开发的潜质，今后它在电力系统中的比重还会持续增加，利用风能来发电不但节约了燃料成本还间接的为环境保护做出了贡献。但是风能是一种间歇性的能源，由于自然风的不确定性造成风电场的功率输出也有很大的不确定性，这是风力发电机组与传统的火电机组最大的区别。随着电力系统中风电渗透率的增加，风电机组与常规火电机组的这种区别给电力系统的安全稳定运行以及经济调度带来了新的挑战和要求。随着风电技术的不断成熟，无论是风机的单机容量还是风电场的总装机容量都有了很大的提高。目前在世界范围内，建设风电场所用的主流风机容量一般在0.6MW～2.5MW，但已有国家制造出容量为6MW的风力发电机，可见以后能建造出更大的风电基地，大规模风电集中并网已经是大势所趋。大规模风电并网引起的稳定性问题一直以来就是风电并网研究的一个热点，当电力系统风电装机容量过大时，风电场本身也可能是一个扰动源。自然风具有随机变化的特性，而风机的功率输出与风速的立方成正比[5]，所以风机的功率输出也是随机变化的。由于风电场并网运行具有这样的不确定性，因此，有必要对风电并网后电力系统的稳定性进行分析，为大规模风电合理并网提供理论准备和技术支持。

2、风力发电的特性

传统的煤电，具有高污染，高能耗的特点，与现代的环保理念相冲突，不能实现现代社会高质量发展的需求。风力发电，是一种低污染、高环保的新型清洁能源，国家在风力发电行业进行了大力投入和支持，是未来新能源发展的主力军，它接入电网是必须的，也是发展的必然趋势。风力发电，就是利用风的动力，带动风车叶片的旋转运动，通过叶片旋转的传输设备来推动发电机进行发电。从这个特性可以看出，风力的大小是决定风力发电量多少的决定性因素。风，是因为空气的流动产生，但是空气的流动具有不确定性，因此，风也是一个时时变化的动态产物。风的变化，包括风向、风速的变化，风的随机性变化，导致风力发电的输出功率是不可控制的，输出电量的峰值、时间间隔都是随机变化的，由于风力发电这些不可控的随机性，促使我们在做大规模风电接入对电网时，必须充分考虑风力发电电能的不稳定，峰值的间歇性，科学做好电力传输网络。

3、大规模风电接入对电网的影响

伴随着国际上风力资源的开发和利用风力发电的发展热潮，国内外大规模风电建设规模逐渐增大，但面临的问题也非常严峻，对电网的影响也越来越突出，主要有4个方面。（1）电网方面。异步电机缺少独立的励磁装置，而异步电机广泛用于风力发电机的制造，这就导致发电机在并网时会产生一个冲击电流，其电流强度可达额定电流的数倍，持续时间一般为零点几秒，之后发电机才能转入稳定状态。对于大容量的地区电网来说，在风力发电机组接入时，瞬时冲击电流不会对发电机及电网的运行造成明显的影响，但对于容量比较小的电网来说，其影响就比较突出，容易导致