[摘要]：由于風電場是一種依賴于自然能源的分散電源，同時目前大多采用恒速恒頻異步風力發電系統，其并網運行降低了電網的穩定性和電能質量。著眼于并網風電場與電網之間的相互影響，特別是對系統穩定性以及電能質量的影響，對大型風電場并網運行中的一些基礎性的技術問題進行了研究。
??????? [關鍵詞]:風電場；并網；現狀分析。
??????? 一、引言
??????? 風力發電作為一種重要的可再生能源形式，越來越受到人們的廣泛關注,并網型風力發電以其獨特的能源、環保優勢和規模化效益，得到長足發展,隨著風電設備制造技術的日益成熟和風電價格的逐步降低，近些年來，無論是發達國家還是發展中國家都在大力發展風力發電。
??????? 風力發電之所以在全世界范圍獲得快速發展，除了能源和環保方面的優勢外，還因為風電場本身所具有的獨特優點：(1)風能資源豐富，屬于清潔的可再生能源；(2)施工周期短，實際占地少，對土地要求低；(3)投資少，投資靈活，投資回收快；(4)風電場運行簡單，風力發電具有經濟性；(5)風力發電技術相對成熟。
??????? 自20世紀80年代以來，大、中型風電場并網容量發展最為迅猛，對常規電力系統運行造成的影響逐步明顯和加大,隨著風電場規模的不斷擴大，風電特性對電網的負面影響愈加顯著，成為制約風電場建設規模的嚴重障礙。因此深入研究風電場與電網的相互作用成為進一步開發風電所迫切要求解決的問題。其局限性主要表現在：(1)風能的能量密度小且不穩定，不能大量儲存；(2)風輪機的效率較低；(3)對生態環境有影響，產生機械和電磁噪聲；(4)接入電網時，對電網有負面影響。
??????? 二、我國風力發電裝機容量現狀
??????? 根據中國風能協會發布《2012年中國風電裝機容量統計》報告中數據顯示，2012年，中國（不包括臺灣地區）新增安裝風電機組7872臺，裝機容量12960MW，同比下降26.5%；累計安裝風電機組53764臺，裝機容量75324.2MW，同比增長20.8%。
??????? 2001-2012 年中國新增及累計風電裝機容量區域裝機情況圖（引自《2012年中國風電裝機容量統計》）
??????? 2006-2012 年中國各區域累計風電裝機容量圖（引自《2012年中國風電裝機容量統計》）
??????? 三、風電并網對電力系統的影響
??????? 風力發電是一種特殊的電力，它以自然風為原動力，風資源的隨機性和間歇性決定了風電機組的輸出特性也是波動和間歇的。作為發電機構的異步發電機在發出有功功率的同時，需要從系統吸收無功功率，且無功需求隨有功輸出的變化而變化。當風電場的容量較小時，這些特性對電力系統的影響并不顯著，但隨著風電場容量在系統中所占比例的增加，風電場對電力系統的影響會越來越顯著。本文主要從以下幾個方面討論并網風電場對電力系統的影響，包括并網過程對電網的沖擊、對電網頻率、電網電壓、電網穩定性、電能質量以及繼電保護的影響。
??????? 1、并網過程對電網的沖擊
??????? 異步電機作為發電機運行時，沒有獨立的勵磁裝置，并網前發電機本身沒有電壓，因此并網時必然伴隨一個過渡過程。直接并網時，流過5～8倍額定電流的沖擊電流，一般經過幾百毫秒后轉入穩態。異步發電機并網時沖擊電流的大小，與并網時網絡電壓的大小、發電機的暫態電抗以及并網時的滑差有關。滑差越大，則交流暫態衰減時間越長，并網時沖擊電流有效值也就越大。風力發電機組與大電網并聯時，合閘瞬間的沖擊電流對發電機及電網系統安全運行不會有太大影響。但對小容量電網而言，風電場并網瞬間將會造成電網電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一電網上的其他電器設備的正常運行，甚至會影響到整個電網的穩定與安全。目前可以通過加裝軟起動裝置和風機非同期并網來削弱沖擊電 流，但會給電網帶來一定的諧波污染。
??????? 2、對電網頻率的影響
??????? 風電場對系統頻率的影響取決于風電場容量占系統總容量的比例。當風電容量在系統中所占的比例較大時，其輸出功率的隨機波動性對電網頻率的影響顯著，影響電網的電能質量和一些對頻率敏感負荷的正常工作。這就要求電網中其他常規機組有較高的頻率響應能力，能進行跟蹤調節，抑制頻率的波動。考慮到風電的不穩定性，當風電由于停風或大失速而失去出力后，會使電網頻率降低，特別是當風電比重較大時，會影響到系統的頻率穩定性。消除該影響的主要措施是提高系統的備用容量和采取優化的調度運行方式。當然，當電力系統較大、聯系緊密時，頻率問題不顯著。
??????? 3、對電網電壓的影響
??????? 風力發電出力隨風速大小等因素而變化，同時由于風力資源分布的限制，風電場大多建設在電網的末端，網絡結構比較薄弱(短路容量較小)，因此在風電場并網運行時必然會影響電網的電壓質量和電壓穩定性。另外，風力發電機多采用感應發電機，感應發電機的運行需要無功支持，因此并網運行的風力發電機對電網來說是一個無功負荷。為滿足風力發電場的無功需求，每臺風力發電機都配有無功補償裝置。目前常用的是分組投切電容器，其最大無功補償量是根據異步發電機在額定功率時的功率因數設計的。即在額定功率時無功補償量必須保證功率因數達到設計的額定功率因數，一般大于0．98。由于分組投切電容器不能實現快速連續的電壓調節，對快速的電壓變化無能為力。風力發電對電網電壓的影響主要有慢的(穩態)的電壓波動、快的電壓波動(1~lJ閃變)、波形畸變(1llJ諧波)、電壓不平衡(即負序電壓)、瞬態電壓波動(1~lJ電壓跌落和凹陷)等。
??????? 4、對電網穩定性的影響
??????? 風電接入系統引起的穩定問題主要是電壓穩定問題。這是由于：???????????????????? (1)普通的無功補償方式為電容器補償，補償量與接入點電壓的平方成正比，當系統電壓水平降低時，無功補償量下降很多，而風電場對電網的無功需求反而上升，進一步惡化電壓水平，嚴重時會造成電壓崩潰，風機被迫停機；
??????? (2)在故障和操作后未發生功角失穩的情況下，部分風電機組由于自身的低電壓保護而停機，風電場有功輸出減少，相應地系統失去部分無功負荷，從而導致電壓水平偏高，甚至使風電場母線電壓越限；
??????? (3)故障切除不及時，會發生暫態電壓失穩；
??????? (4)風電場出力過高有可能降低電網的電壓安全裕度，容易導致電壓崩潰。總而言之，并網型風電場對于電網穩定性的主要威脅，一方面是風速的波動性和隨機性引起風電場出力隨時問變化且難以準確預測，導致風力發電接入系統時潛在安全隱患；另一方面是弱電網中風電注入功率過高引起的電壓穩定性降低。
??????? 5、對電能質量的影響
??????? 風電對于電力系統是一個干擾源。風電對電能質量的影響主要有以下三方面(前述對電壓的影響是最重要的方面)：
??????? (1)風速變化、湍流以及風力機尾流效應造成的紊流，會引起風電功率的波動和風電機組的頻繁啟停，風機的桿塔遮蔽效應使風電機組輸出功率存在周期性的脈動；
??????? (2)軟起動并網時，由軟起動裝置引起的各次諧波；
??????? (3)風電經AC／DC／AC并網時，由于脈寬調制變換器產生的諧波。諧波的次數和大小與采用的變換裝置和濾波系統有關。