目前，我國風(fēng)電發(fā)展進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，2006年是我國實(shí)施《可再生能源法》的第一年，風(fēng)電建設步伐明顯加快，到2006年底，裝機總容量達到約230萬(wàn)kW。由于風(fēng)力發(fā)電機組常采用不同于傳統同步發(fā)電機組的發(fā)電技術(shù)，其穩態(tài)和暫態(tài)特性都與傳統同步發(fā)電機組不同;大規模風(fēng)電并網(wǎng)后，電網(wǎng)的電壓穩定性、暫態(tài)穩定性和頻率穩定性都會(huì )發(fā)生變化。

隨著(zhù)我國對風(fēng)電建設力度的加大,風(fēng)電裝機規模不斷增加,大規模風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統產(chǎn)生的影響將逐漸突出,由此帶來(lái)的相關(guān)系統問(wèn)題將成為我國風(fēng)電發(fā)展的主要制約因素之一。大規模風(fēng)電并網(wǎng)有兩種情況：一是大型風(fēng)電場(chǎng)接入輸電網(wǎng)，二是多個(gè)小型風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統某一地方的配電網(wǎng)。小規模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對電力系統的影響主要是以下幾個(gè)方面：穩態(tài)電壓值的上升、過(guò)電流、保護裝置的動(dòng)作誤差、電壓閃變、諧波、浪涌電流造成的電壓降落。大規模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對電力系統的影響除了以上那些方面外，還會(huì )有電力系統的震蕩和電壓穩定性問(wèn)題。因此只有對大規模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)才有必要考慮電壓穩定性問(wèn)題。

風(fēng)電機組類(lèi)型和無(wú)功特性

目前大型風(fēng)力發(fā)電機組一般有兩種類(lèi)型,一種是采用異步發(fā)電機的固定轉速風(fēng)電機組,另一種是采用雙饋電機或通過(guò)變頻器并網(wǎng)的變速風(fēng)電機組。固定轉速風(fēng)電機組發(fā)出有功的同時(shí)吸收無(wú)功功率,不具備調壓能力,其電壓通過(guò)無(wú)功補償和調節系統電壓水平來(lái)調整;通過(guò)變頻器并網(wǎng)的變速風(fēng)電機組不具備發(fā)無(wú)功能力,但通過(guò)調節變頻器,可以使并網(wǎng)時(shí)功率因數達到很高水平;變速恒頻風(fēng)電機組具備調壓能力,在發(fā)出有功功率的同時(shí)可以發(fā)出無(wú)功功率,并可根據系統需要在一定范圍內調節無(wú)功輸出,但從目前國內安裝的變速恒頻風(fēng)電機組情況來(lái)看,大部分沒(méi)有應用調壓功能,運行中保持機端功率因數為1.0。

大規模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的主要問(wèn)題

風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運行對電網(wǎng)的影響由于風(fēng)電具有隨機性和間歇性特點(diǎn),并網(wǎng)風(fēng)電將對電網(wǎng)產(chǎn)生一定影響。風(fēng)電發(fā)展初期裝機規模較小,與配電網(wǎng)直接相連,對電網(wǎng)的影響主要表現為電能質(zhì)量,隨著(zhù)大規模風(fēng)電接入輸電網(wǎng),系統調峰壓力加大,系統穩定和運行問(wèn)題突顯。電能質(zhì)量風(fēng)電機組對電能質(zhì)量的影響主要表現在高次諧波、電壓閃變和電壓波動(dòng)上,在采用雙饋變速恒頻風(fēng)電機組的情況下較為嚴重。并網(wǎng)風(fēng)電機組在連續運行和機組切換操作過(guò)程中都會(huì )產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變。

1、電壓波動(dòng)和閃變

風(fēng)力發(fā)電機組大多采用軟并網(wǎng)方式,但是在啟動(dòng)時(shí)仍會(huì )產(chǎn)生較大的沖擊電流。當風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速時(shí),風(fēng)機會(huì )從額定出力狀態(tài)自動(dòng)退出運行。如果整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機幾乎同時(shí)動(dòng)作,這種沖擊對配電網(wǎng)的影響十分明顯。不但如此,風(fēng)速的變化和風(fēng)機的塔影效應都會(huì )導致風(fēng)機出力的波動(dòng),而其波動(dòng)正好處在能夠產(chǎn)生電壓閃變的頻率范圍之內(低于25Hz),因此,風(fēng)機在正常運行時(shí)也會(huì )給電網(wǎng)帶來(lái)閃變問(wèn)題,影響電能質(zhì)量。

風(fēng)資源的不確定性和風(fēng)電機組本身的運行特性使風(fēng)電機組的輸出功率是波動(dòng)的，會(huì )影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，如電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、諧波以及周期性電壓脈動(dòng)等。風(fēng)力發(fā)電引起電壓波動(dòng)和閃變的根本原因是并網(wǎng)風(fēng)電機組輸出功率的波動(dòng)。電網(wǎng)電壓的變化受風(fēng)電系統有功和無(wú)功功率的影響。風(fēng)電機組輸出的有功功率主要依賴(lài)于風(fēng)速;在無(wú)功功率方面，恒速風(fēng)電機組吸收的無(wú)功功率隨有功功率波動(dòng)而波動(dòng)，雙饋電機一般采用恒功率因數控制方式，因而無(wú)功功率波動(dòng)較小。并網(wǎng)風(fēng)電機組不僅在持續運行過(guò)程中產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變，而且在啟動(dòng)、停止和發(fā)電機切換過(guò)程中也會(huì )產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變。典型的切換操作包括風(fēng)電機組啟動(dòng)、停止和發(fā)電機切換，其中發(fā)電機切換僅適用于多臺發(fā)電機或多繞組發(fā)電機的風(fēng)電機組。這些切換操作引起功率波動(dòng)，并進(jìn)一步引起風(fēng)電機組端點(diǎn)及其他相鄰節點(diǎn)的電壓波動(dòng)和閃變。

2、諧波

風(fēng)電給系統帶來(lái)諧波的途徑主要有兩種:一種是風(fēng)力發(fā)電機本身配備的電力電子裝置,可能帶來(lái)諧波問(wèn)題。對于直接和電網(wǎng)相連的恒速風(fēng)力發(fā)電機,軟啟動(dòng)階段要通過(guò)電力電子裝置與電網(wǎng)相連,會(huì )產(chǎn)生一定的諧波,不過(guò)過(guò)程很短,發(fā)生的次數也不多,通常可以忽略。但是對于變速風(fēng)力發(fā)電機則不然,變速風(fēng)力發(fā)電機通過(guò)整流和逆變裝置接入系統,如果電力電子裝置的切換頻率恰好在產(chǎn)生諧波的范圍內,則會(huì )產(chǎn)生很?chē)乐氐闹C波問(wèn)題,隨著(zhù)電力電子器件的不斷改進(jìn),這一問(wèn)題也在逐步得到解決。另一種是風(fēng)力發(fā)電機的并聯(lián)補償電容器可能和線(xiàn)路電抗發(fā)生諧振,在實(shí)際運行中,曾經(jīng)觀(guān)測到在風(fēng)電場(chǎng)出口變壓器的低壓側產(chǎn)生大量諧波的現象。

風(fēng)電裝置中電力電子器件是風(fēng)電裝置中最重要的諧波源;在風(fēng)電系統中，由于異步機、變壓電容器等設備均為三相，且采用三角型或Y型連接方式，故不存在偶次或3的倍數次諧波，即風(fēng)系統中存在的諧波次數為5、7、11、13、17等。風(fēng)機本身配備的電力電子裝置，可能帶來(lái)諧波問(wèn)題。對于直接和電網(wǎng)相連的恒速風(fēng)機，軟啟動(dòng)階段要通過(guò)電力電子裝置與電網(wǎng)相連，因此會(huì )產(chǎn)生一定的諧波，不過(guò)因為過(guò)程很短，發(fā)生的次數也不多，通常可以忽略。但是對于變速風(fēng)機則不然，因為變速風(fēng)機通過(guò)整流和逆變裝置接人系統，如果電力電子裝置的切換頻率恰好在產(chǎn)生諧波的范內，則會(huì )產(chǎn)生很?chē)乐氐闹C波問(wèn)題。

電壓波動(dòng)與閃變的抑制

目前,大部分用于改善和提高電能質(zhì)量的補償裝置都具有抑制電壓波動(dòng)與閃變的功能,如靜止無(wú)功補償器(SVC)、有源濾波器(APF)、動(dòng)態(tài)電壓恢復器(DVR),以及配電系統電能質(zhì)量統一控制器(DS2Unicon)等.

靜止無(wú)功補償器(SVC)

電壓閃變是電壓波動(dòng)的一種特殊反映，閃變的嚴重程度與負荷變化引起的電壓變動(dòng)相關(guān)，在高電壓或中壓配電網(wǎng)中，電壓波動(dòng)主要與無(wú)功負荷的變化量及電網(wǎng)的短路容量有關(guān)。在電網(wǎng)短路容量一定的情況下，電壓閃變主要是由于無(wú)功負荷的劇烈變動(dòng)所致。因此，對于電壓閃變的抑制，最常用的方法是安裝靜止無(wú)功補償裝置，目前這方面的技術(shù)已相當成熟。但是，由于某些類(lèi)型的SVC本身還產(chǎn)生低次諧波電流，須與無(wú)源濾波器并聯(lián)使用，實(shí)際運行時(shí)可能由于系統諧波諧振使某些諧波嚴重放大。因此，在進(jìn)行補償時(shí)，要求采用具有響應時(shí)間短、且能夠直接補償負荷的無(wú)功沖擊電流和諧波電流的補償器。

有源電力濾波器(APF)

要抑制電壓閃變，必須在負荷電流急劇波動(dòng)的情況下，跟隨負荷變化實(shí)時(shí)補償無(wú)功電流。近年來(lái)，采用電力晶體管(GTR)和可關(guān)斷晶閘管(GTO)及脈寬調制(PWM)技術(shù)等構成的有源濾波器，可對負荷電流作實(shí)時(shí)補償。有源電力濾波器的工作原理與傳統的SVC完全不同，它采用可關(guān)斷的電力電子器件，基于坐標變換原理的瞬時(shí)無(wú)功理論進(jìn)行控制，其作用原理是利用電力電子控制器代替系統電源向負荷提供所需的畸變電流，從而保證系統只須向負荷提供正弦的基波電流。有源電力濾波器與普通SVC相比，有以下優(yōu)點(diǎn):響應時(shí)間快，對電壓波動(dòng)、閃變補償率高，可減少補償容量;沒(méi)有諧波放大作用和諧振問(wèn)題，運行穩定;控制強，能實(shí)現控制電壓波動(dòng)、閃變和穩定電壓的作用，同時(shí)也能有效地濾除高次諧波，補償功率因數。