風電場出力的主要特點是隨機性、間歇性及不可控性，主要隨風俗變化。因此，風電并網運行給電網帶來諸多不利影響。隨著風電場的容量越來越大，對系統的影響也越來越明顯，研究風電并網對系統的影響已成為重要課題，本文將就風電并網研究中的一些問題進行淺述。

1、風力發電機主要形式

分析風電并網的影響，首先要考慮風力發電機類型的不同。不同風電機組工作原理、數學模型都不相同，因此，分析方法也有差異。目前國內風電場選用機組主要有3種：

1.1異步風力發電機

目前是我國主力機型，國內已運行風電場大部分機組是異步風力發電機。主要特點是結構簡單，運行可靠，此種發電機為定速恒頻機組，運行中轉速基本不變，風力發電機組運行在風能轉換最佳狀態下的機率比較小，因而，發電能力比新型機組低。同時，運行中需要從電力系統中吸收無功功率。為滿足電網對風電場功率因素的要求，采用在機端并聯補償電容器的方法，其補償策略是異步發電機配有若干組固定容量電容器。由于風速大小隨機變化，驅動異步發電機的風機不可能經常在額定風速下運轉。

1.2雙饋異步風力發電機

兆瓦級風力發電機普遍采用雙饋異步發電機形式，是目前世界主力機型，該機型稱為變速恒頻發電系統。由于風力機變速運行，其運行速度能在一個較寬的范圍內調節，使風機風能利用系數Cp得到優化，獲得高的系統效率；可以實現發電機較平滑的電功率輸出；與電網連接簡單，發電機本身不需要另外附加的無功補償設備，可實現功率因素一定范圍內的調節，例如從0.95領先到0.95滯后范圍內，因而具有調節無功功率出力的能力。

1.3直驅式交流永磁同步發電機

從大型風電機組實際運行經驗中，齒輪箱是故障率較高部件。采用無齒輪箱結構則避免了這種故障的出現，可以大大提高風電機組的可利用率、可靠性，降低風電機組載荷，提高風力機組壽命。該機組采用直接驅動永磁式同步發電機，全部功率經A-D-A變換，接入電力系統并網運行。與其他機型比較，需考慮諧波治理問題。

2、風電并網對電網影響分析方法

由于風速變化是隨機的，因此風電場出力也是隨機的，風電本身這種特點使其容量可信度低，給電網有功、無功平衡調度帶來困難。

在風電容量比較高的電網中，可能產生電能質量問題，例如電壓波動和閃變、頻率偏差，諧波問題等。更重要的是，需分析穩定性問題，系統靜態穩定、動態穩定、暫態穩定、電壓穩定等。當然，相同裝機容量的風電場在不同接入點對電網的影響是不同的，在短路容量大的接入點對系統影響小，反之，影響大。

定量分析風電場對電網運行的影響，要從穩態和動態兩方面進行分析。

穩態分析，就是對含風電場的電力系統進行潮流計算。在穩態潮流分析中，風電場高壓母線不能簡單視為PQ節點或PU節點。

含風電場電力系統對平衡節點的有功、無功平衡能力提出更高要求，要分析含風電場電網在電網大、小運行方式下，是否滿足系統的安全穩定運行的各種約束。

動態分析過程，一般采用仿真的方法，要考慮異步發動機、雙饋異步發動機等不同發電機的模型以及風速、風機、槳距調節等環節，用仿真程序PSS/E、PSCAD、PSASP等進行分析，分析的關鍵是各種風力發電機模型的選用。

分析風電并網對電網影響，還需考慮風電場無功問題。風電場無功消耗包括：異步發動機消耗；風機出口出口升壓變壓器；風電場升壓站主變壓器消耗等，如有必要，可采用動態電壓控制設備。

目前風電的容量可信度常用的有兩種評價方法：一種是計算含風電系統的可靠性指標，在保證系統可靠性不變的前提下，風電能夠替代的常規發電機組容量即為其容量可信度，這種方法適合于系統的規劃階段；一種方法是時間序列仿真，選擇合適的時間段作為研究對象，通過計算風電場的容量系數(風電場實際出力與理論發電量的比值)來估算容量可信度，在負荷高峰時段，可以認為容量系數等于容量可信度，該方法適用于為系統的運行提供決策支持。

3、風電并網對電網影響

通過上述分析方法，風電并網對電網影響主要表現為以下幾方面：

3.1電壓閃變

風力發電機組大多采用軟并網方式，但是在啟動時仍然會產生較大的沖擊電流。當風速超過切出風速時，風機會從額定出力狀態自動退出運行。如果整個風電場所有風機幾乎同時動作，這種沖擊對配電網的影響十分明顯。不但如此，風速的變化和風機的塔影效應都會導致風機出力的波動，而其波動正好處在能夠產生電壓閃變的頻率范圍之內(低于25Hz)，因此，風機在正常運行時也會給電網帶來閃變問題，影響電能質量。已有的研究成果表明，閃變對并網點的短路電流水平和電網的阻抗比(也有說是阻抗角)十分敏感。

3.2諧波污染

風電給系統帶來諧波的途徑主要有兩種：一種是風力發電機本身配備的電力電子裝置，可能帶來諧波問題。對于直接和電網相連的恒速風力發電機，軟啟動階段要通過電力電子裝置與電網相連，因此會產生一定的諧波，不過因為過程很短，發生的次數也不多，通常可以忽略。但是對于變速風力發電機則不然，因為變速風力發電機通過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生諧波的范圍內，則會產生很嚴重的諧波問題，不過隨著電力電子器件的不斷改進，這一問題也在逐步得到解決。另一種是風力發電機的并聯補償電容器可能和線路電抗發生諧振，在實際運行中，曾經觀測到在風電場出口變壓器的低壓側產生大量諧波的現象。與電壓閃變問題相比，風電并網帶來的諧波問題不是很嚴重。

3.3電壓穩定性

大型風電場及其周圍地區，常常會有電壓波動大的情況。主要是因為以下三種情況。風力發電機組啟動時仍然會產生較大的沖擊電流。單臺風力發電機組并網對電網電壓的沖擊相對較小，但并網過程至少持續一段時間后（約為幾十秒）才基本消失，多臺風力發電機組同時直接并網會造成電網電壓驟降。

因此多臺風力發電機組的并網需分組進行，且要有一定的間隔時間。當風速超過切出風速或發生故障時，風力發電機會從額定出力狀態自動退出并網狀態，風力發電機組的脫網會產生電網電壓的突降，而機端較多的電容補償由于抬高了脫網前風電場的運行電壓，從而引起了更大的電網電壓的下降。

風電場風速條件變化也將引起風電場及其附近的電壓波動。比如當風場平均風速加大，輸入系統的有功功率增加，風電場母線電壓開始有所降低，然后升高。這是因為當風場輸入功率較小時，輸入有功功率引起的電壓升數值小，而吸收無功功率引起的電壓降大；當風場輸入功率增大時，輸入有功引起的電壓升數值增加較大，而吸收無功功率引起的電壓降增加較小。如果考慮機端電容補償，則風電場的電壓增加。特別的，當風電場與系統間等值阻抗較大時，由于風速變動引起的電壓波動現象更為明顯。研究發現，使用電力電子轉換裝置的風力發電機，能夠減少電壓波動，比如并網時風電場機端若能提供瞬時無功，則啟動電流也大大減小，對地方電網的沖擊將大大減輕。值得一提的是，如果采用異步發電機作為風力發電機，除非采取必要的預防措施，如動態無功補償、加固網絡或者采用HVDC連接，否則當網絡中某處發生三相接地故障時，將有可能導致全網的電壓崩潰。

3.4無功控制、有功調度

大型風電場的風力發電機幾乎都是異步發電機，在其并網運行時需從電力系統中吸收大量無功功率，增加電網的無功負擔，有可能導致小型電網的電壓失穩。因此風力發電機端往往配備有電容器組，進行無功補償，從而提高電網運行質量及降低成本。雙饋型變速恒頻風力發電機對這一系列問題有很好地解決作用，由于添加了控制環節，它具有了以下優良特性：

1）可以實現對無功功率的控制--雙饋發電機在實現電壓控制的同時還可以從電網中吸收無功功率或是為電網提供無功補償。

2）可以通過對轉子勵磁電流的獨立控制實現了有功和無功功率的解耦控制。具體原理是，雙饋發電機在轉子側的變頻器通過轉子電流d軸分量實現對轉子轉速和力矩的控制，無功和勵磁則是通過轉子電流的q軸分量來控制的。同時，電網側的變頻器也以類似的方式工作，d軸分量通過直流電壓媒介電路控制有功功率，實現轉子側與電網側變頻器之間的有功交換。

3、結語

隨著風電的高速發展，對風電并網的研究會越來越重要。影響風電并網的技術障礙包括缺少風電場規劃、風力發電機和風電場模型的模擬軟件、風電場輸出預測等。

建議通過硬件建設，改進電網負荷平衡能力；通過軟件建設，提高電網的調度能力和水平；制訂嚴格的風電入網標準，促進風機制造技術的進步；提高風電短期預測技術能力和水平。