风电并网对电力系统调控参数的影响及应对

引言

在 “双碳” 目标的推动下，可再生能源的开发与利用成为全球能源发展的主流趋势。风能作为一种储量丰富、清洁无污染的可再生能源，得到 的开发和应用 我国风电产业发展迅速，风电装机容量持续增长，风电在电力系统中的占比不断 件的影响较大，风速的随机变化导致风电出力具有强烈的间歇性和波动性。 大规模风 电并入电力系统后，会对系统的频率、电压、潮流分布等调控参数产生冲击，增加了电力系统调控的难度。传统的电力系统调控方式难以适应风电大规模并网后的运行需求，可能引发系统不稳定、供电可靠性下降等问题。

1 风电并网对电力系统调控参数的影响

1.1 对频率的影响

频率是电力系统的重要调控参数之一，其稳定与否直接关系到电力系统的安全运行。电力系统的频率主要有功功率的平衡决定，当有功功率供需失衡时，频率就会发生变化。

传统的同步发电机组具有较大的转动惯量，当系统有功功率出现波动时，能够通过释放或吸收转动惯量储存的能量，在一定程度上抑制频率的变化，维持系统频率稳定。而风力发电机组，尤其是并网型风力发电机组，大多通过电力电子变流器与电网连接，其转动惯量较小，对系统频率的支撑能力较弱。

当风电大规模并网时，风电出力的剧烈波动会导致系统有功功率失衡，进而引起频率的波动。例如，当风速突然增大时，风电出力骤增，系统有功功率过剩，频率上升；当风速突然减小或风机脱网时，风电出力骤降，系统有功功率不足，频率下降。如果频率波动超出允许范围，可能会导致发电机组跳闸、负荷切除等严重后果，甚至引发系统崩溃。

1.2 对电压的影响

电压是电力系统另一重要的调控参数，其稳定对于保证电力设备的正常运行和电力系统的经济高效运行至关重要。电压的稳定主要取决于无功功率的平衡，风电并网会对系统的无功功率分布产生影响，进而影响电压稳定。风力发电机组的无功特性与其类型和运行方式有关。异步风力发电机在运行过程中需要从电网吸收无功功率，而双馈感应风力发电机和直驱永磁风力发电机则可以通过变流器进行无功功率调节。当大量异步风力发电机并网时，会导致并网点及附近区域的无功功率缺额增加，从而引起电压下降。

此外，风电出力的波动也会导致电压的波动。当风电出力增加时，线路中的有功功率传输增加，根据输电线路的无功特性，线路的无功损耗也会发生变化，可能导致并网点电压上升；当风电出力减少时，情况则相反，可能导致电压下降。电压的频繁波动会影响用电设备的寿命和正常工作，降低供电质量。

1.3 对暂态稳定的影响

暂态稳定是指电力系统在受到大扰动（如短路故障、发电机跳闸等）后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的稳定运行状态的能力。风电并网会改变电力系统的网络结构和动态特性，对系统的暂态稳定产生影响。

风力发电机组的动态响应特性与传统 同步发电机组存在较大差异。 传统同步发电机组的暂态特性主要由其转子运动方程决定，而风力发电机 制策 风机自身结构等因素的影响。当系统发生大扰动时，风力发电机组的响 力 可能无法与传统同步发电机组匹配，从而影响系统的暂态稳定。

另外，大规模风电并网可能会改变系统的短路电流水平。风力发电机组通过变流器并网时，其短路电流的大小和特性与传统同步发电机不同，可能会影响继电保护装置的动作特性，导致保护误动或拒动，进一步威胁系统的暂态稳定。

2 应对风电并网影响的措施

2.1 技术改进措施

提高风力发电机组的调节性能：通过改进风力发电机组的控制策略，增强其对有功功率和无功功率的调节能力。例如，采用先进的变流器控制技术，使风力发电机组具备一定的惯性响应和一次调频能力，提高其对系统频率变化的响应速度和支撑能力。同时，优化风力发电机组的无功控制策略，使其能够根据系统电压的变化及时调整无功输出，维持并网点电压稳定。

加强无功补偿：在风电场及输电线路上合理配置无功补偿装置，如静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）等。这些装置能够快速响应系统无功功率的变化，提供动态无功补偿，维持系统电压稳定，改善电压质量。例如，STATCOM 具有响应速度快、调节范围广等优点，能够有效抑制风电并网引起的电压波动和闪变。

发展储能技术：储能技术是平抑风电出力波动、提高风电消纳能力的有效手段。通过在风电场配置储能系统，如锂电池储能、飞轮储能、抽水蓄能等，当风电出力过剩时，储能系统吸收电能；当风电出力不足时，储能系统释放电能，从而减少风电出力波动对系统的影响。储能系统还可以参与系统的频率调节和电压控制，提高电力系统的稳定性。

2.2 优化调度措施

完善风电出力预测系统：提高风电出力预测的精度，为电力系统的调度运行提供可靠的依据。采用先进的预测模型和算法，结合气象数据、历史出力数据等信息，实现对风电出力的短期和超短期预测。通过准确的预测，可以提前制定调度计划，合理安排常规发电机组的出力，平衡风电出力的波动，减少对系统频率和电压的影响。

加强源网荷储协同调度：整合电源、电网、负荷和储能等资源，实现多要素的协同调度。通过需求响应技术，引导用户调整用电负荷，在风电出力较大时增加用电，在风电出力较小时减少用电，提高风电的消纳能力。同时，充分发挥储能系统的调节作用，实现与风电、常规电源的协同运行，维持系统的功率平衡。

2.3 市场机制措施

建立健全辅助服务市场：鼓励风电场参与电力系统的辅助服务，如调频、调峰、调压等。通过制定合理的辅助服务定价机制，使风电场在提供辅助服务时能够获得相应的经济收益，激励风电场提高其调节性能和可靠性。辅助服务市场的建立可以充分调动风电场的积极性，提高电力系统的灵活性和稳定性。

完善电价机制：制定合理的风电上网电价和分时电价政策，引导风电的合理开发和利用。通过分时电价，鼓励用户在风电出力较大的时段用电，提高风电的消纳率。同时，建立风电与其他电源的电价联动机制，促进各类电源的协调发展，优化电力资源配置。

3 结束语

风电并网对电力系统的调控参数产生了多方面的影响，如频率波动、电压不稳定、暂态稳定降低和潮流分布改变等，给电力系统的安全稳定运行带来了挑战。为了应对这些影响，需要从技术改进、优化调度和市场机制等多个方面采取措施。

通过提高风力发电机组的调节性能、加强无功补偿、发展储能技术等技术手段，可以增强电力系统对风电并网的适应能力；通过完善风电出力预测、优化调度计划、加强源网荷储协同调度等优化调度措施，可以提高风电的消纳能力和电力系统的运行效率；通过建立健全辅助服务市场、完善电价机制等市场机制措施，可以激励各市场主体参与电力系统的调节，提高电力系统的灵活性和经济性。

未来，随着风电技术的不断发展和电力系统智能化水平的提高，还需要进一步深入研究风电并网对电力系统调控参数的影响机制，开发更加先进的应对技术和策略。同时，应加强跨区域电网的互联，实现风电的跨区域消纳，提高风电的利用效率。相信通过各方的共同努力，能够实现风电的大规模安全并网和高效利用，为全球能源转型和 “双碳” 目标的实现做出重要贡献。

参考文献

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[2] 刘为杰,姜建国.直驱永磁同步风电 建模与分析[J].电机与控制应用.2017,(1).