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风电场接入电网技术专题研讨会论文集 风力发电对电网的影响及对策 曹发彦1吴丹岳2陈树棠1 ’ (1福州大学电气工程与自动化学院福建福州350002； 2福建省电力试验研究院福建福州300007) 摘要：介绍了2005年以来福建风力发电的发展概况；分析了风电场并网运行的特性及其对电力系统的 安全、调度、电能质量和稳定性的影响；提出了改善风电场运行性能的对策。 关键词：风力发电；电网安全；调度；电能质量 1 引言 风能是一种无污染、可再生的能源，从20世纪80年代以来，风力发电就以其独特 优势得到了长足的发展，特别是1990年三以来，世界风力发电得到了飞速的发展，风 力发电的装机容量以每年平均22％的速度增长，到2002年底全世界的风机总装机容量 已超过了32000MW。 ． 福建省开发利用风能起步较早，具有开发风电的良好基础，1977年就是国家重点资 助的首批开发风能的省份之一。2004年以前并网的有平潭长江澳一期和东山澳仔山2 个风电场， 20台装机1．2万kW。 这两年来， 福建风电发展进入了大规模建设的热潮，已批准建设的风电项目有4 个， 平潭长江澳二期风电场、漳浦六鳌风电场、莆田南日岛后山仔风电场以及东山乌 礁湾风电二期，总建设规模已达16．9万kW。随着这些大容量的风电场的并网，风电在 电网中所占的比例不断扩大。东山乌礁湾风电二期技改项目，装机总容量为3万kW， 全年风力发电量可达8000万kW-h，相当于现有东山县全年用电量的一半。然而，这 些大型风电场的并网，对系统的稳定、规划、运行和电能质量带来了影响，需要采取相 应的措施。本文对此进行研究，提出对策。 2大型风电场并网运行的特点 大型风电场并网时具有和其它常规能源电厂不同的特点： 风电场接入电网技术专题研讨会论文集 (1)输入风能的随机性和出力的不可控性。风是随机和不可控的，并且风能不可存 储，不可能和水电、火电等常规电厂一样可以通过调节水轮机闸门、汽轮机主汽门来控 制出力，所以风电机组发出的电能也是波动的、随机变化的。 (2)不可调度性。由于风能的不可控性，因而不可能根据负荷的大小来对风力发电 进行调度，给调度带来不少的压力，并且大部分风力机都是无人值守，目前福建电网对 风力发电基本还是采取“发多少，购多少”的方针。 (3)风电机组中的发电机形式多样，有异步发电机、同步发电机或是双馈感应发电 机，无功特性复杂。 (4)福建的几个风电场(包括已批的4个)均分布在距电力主系统和负荷中心较远 的沿海岛屿上，与相对较为薄弱的县电网相连。 文献【I】认为当风电场容量占电网容量的比例不超过5％、其频率波动低于0．IHz时， 风电场对系统的影响是可接受的。目前，福建省风力发电在电网中所占的比例仍然较小 (不超5％)，然而随着风力发电机组单机容量的不断扩大和风电场容量所占电网容量比例 不断增大，以上风电场并网运行的特点及其对电网的影响将显现出来，这一问题值得人 们关注和研究。 3风能转换数学模型 风力发电的过程是：自然风吹转叶轮，带动轮毂转动，将风能转变为机械能；然后 通过传动机构将机械能送至发电机转子，转子旋转发电，实现由机械能向电能转换；最 后把电能送入电网。其能量转换过程为：风能_机械能_电能。 3．1 风速模型 ‘风能作用于风力机的叶片上，作为风力发电机的原动力，本文沿用国内外使用较多 的风力四分量模型，各分量分别为基本风VA、阵风VB、渐变风VC、随机风VD。实 际作用在风力机上的风速为： V=VA+VB+VC+VD(1) 3．2风轮机模型 风轮机是实现把风能转换为机械能的机构， 风电机组的机械功率可以表示为： V3． (2) P=专露p(^SA 风电场接入电网技术专题研讨会论文集 式中P_机械功率； 。P一空气密度； A．一叶片扫风面积； V一风力机上