風(fēng)力發(fā)電的主要特點(diǎn)是隨機性與不可控性，主要隨風(fēng)速變化而變化。因此，風(fēng)電并網(wǎng)運行對主電網(wǎng)運行帶來(lái)諸多不利影響。分析風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對電網(wǎng)影響是風(fēng)電事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)也是電網(wǎng)部門(mén)安全、經(jīng)濟運行的一個(gè)新課題。

一、風(fēng)力發(fā)電機的類(lèi)型

分析風(fēng)電并網(wǎng)的影響，首先要考慮風(fēng)力發(fā)電機類(lèi)型的不同。不同風(fēng)電機組的工作原理、數學(xué)模型都不相同，因此分析方法也有所差異。目前國內風(fēng)電機組的主要機型有3種，每種機型都有其特點(diǎn)。

1.1異步風(fēng)力發(fā)電機

國內已運行風(fēng)電場(chǎng)大部分機組是異步風(fēng)電發(fā)電機。主要特點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、運行可靠、價(jià)格便宜。這種發(fā)電機組為定速恒頻機沮，運行中轉速基本不變，風(fēng)力發(fā)電機組運行在風(fēng)能轉換最佳狀態(tài)下的幾率比較小，因而發(fā)電能力比新型機組低。

同時(shí)運行中需要從電力系統中吸收無(wú)功功率。為滿(mǎn)足電網(wǎng)對風(fēng)電場(chǎng)功率因數的要求，多采用在機端并聯(lián)補償電容器的方法，其補償策略是異步發(fā)電機配有若干組固定容量的電容器。

由于風(fēng)速大小隨氣候環(huán)境變化，驅動(dòng)發(fā)電機的風(fēng)力機不可能經(jīng)常在額定風(fēng)速下運行，為了充分利用低風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能，增加全年的發(fā)電量，近年廣泛應用雙速異步發(fā)電機。這種雙速異步發(fā)電機可以改變極對數，有大、小電機2種運行方式。

1.2雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機

國內還有一些風(fēng)電場(chǎng)選用雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機，大多來(lái)源于國外，價(jià)格較貴。這種機型稱(chēng)為變速恒頻發(fā)電系統，其風(fēng)力機可以變速運行，運行速度能在一個(gè)較寬的范圍內調節，使風(fēng)機風(fēng)能利用系數Cp得到優(yōu)化，獲得高的利用效率;可以實(shí)現發(fā)電機較平滑的電功率輸出;發(fā)電機本身不需要另外附加無(wú)功補償設備，可實(shí)現功率因數在一定范圍內的調節，例如功率因數從領(lǐng)先0.95調節到滯后0.95范圍內，因而具有調節無(wú)功功率出力的能力。

1.3直驅式交流永磁同步發(fā)電機

大型風(fēng)力發(fā)電機組在實(shí)際運行中，齒輪箱是故障較高的部件。采用無(wú)齒輪箱結構能大大提高風(fēng)電機組的可靠性，降低故障率，提高風(fēng)電機組的壽命。目前國內有風(fēng)電場(chǎng)使用了直驅式交流永磁同步發(fā)電機，運行時(shí)全部功率經(jīng)A-D-A變換，接入電力系統并網(wǎng)運行。與其他機型比較，需考慮諧波治理問(wèn)題。

二、風(fēng)電并網(wǎng)對主電網(wǎng)運行的影響

由于風(fēng)速變化是隨機性的，因此風(fēng)電場(chǎng)的出力也是隨機的。風(fēng)電本身這種特點(diǎn)使其容量可信度低，給電網(wǎng)有功、無(wú)功平衡調度帶來(lái)困難。

在風(fēng)電容量比較高的電力網(wǎng)中，可能會(huì )產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題。例如電壓波動(dòng)和閃變、頻率偏差、諧波等問(wèn)題。更重要的是：系統靜態(tài)穩定、動(dòng)態(tài)穩定、暫態(tài)穩定、電壓穩定都需要驗證。

當然，相同裝機容量的風(fēng)電場(chǎng)在不同的接入點(diǎn)對電網(wǎng)的影響也是不同的。在短路容量大的接入點(diǎn)對系統影響小。反之，影響就大。

定量分析風(fēng)電場(chǎng)對主電網(wǎng)運行的影響，要從穩態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面進(jìn)行分析。穩態(tài)分析就是對含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統進(jìn)行潮流計算。在穩態(tài)潮流分析中，風(fēng)電場(chǎng)高壓母線(xiàn)不能簡(jiǎn)單視為PQ節點(diǎn)或PU節點(diǎn)。含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統對平衡節點(diǎn)的有功、無(wú)功平衡能力提出更高要求，要分別分析含風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)在電網(wǎng)大、小運行方式下，是否滿(mǎn)足系統的安全穩定運行的各種約束。

由于不同的風(fēng)電機組的工作原理、數學(xué)模型都不相同，因此，對不同類(lèi)型風(fēng)電場(chǎng)的潮流計算方法也有所差異。對于異步發(fā)電機組組成的風(fēng)電場(chǎng)。采用風(fēng)電場(chǎng)、主系統分別迭代的方法：首先要設定風(fēng)速，取值范圍為風(fēng)機切入風(fēng)速到切出風(fēng)速之間?？紤]尾流效應，利用RAHMAN模型計算出各臺風(fēng)機輪轂處風(fēng)速。根據各臺風(fēng)機功率風(fēng)速曲線(xiàn)，計算出各臺發(fā)電機出力P，以及整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)ΣP。

再設風(fēng)電場(chǎng)的電壓初始設定值值Uo，在不考慮風(fēng)電場(chǎng)內部電壓損耗的情況下，所有風(fēng)機出口電壓都設為Uo，從而根據Uo、P計算出各臺風(fēng)機的無(wú)功功率Qi以及整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的ΣQ。由于風(fēng)電場(chǎng)己經(jīng)計算出P、Q，因此可視為PQ節點(diǎn)，代入主系統進(jìn)行潮流計算，得出風(fēng)電場(chǎng)電壓U，將設定值Uo與計算值U進(jìn)行比較，修正設定值，重新重復迭代，直至計算收斂。

由雙饋異步發(fā)電機組成的風(fēng)電場(chǎng)：當雙饋異步發(fā)電機恒功率因數運行時(shí)，要先根據風(fēng)力機轉速控制規律計算轉差率S，再計算風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出或吸收的無(wú)功功率Q，然后以PQ節點(diǎn)形式代入主系統進(jìn)行潮流計算迭代。當雙饋異步發(fā)電機恒電壓運行時(shí)，以PQ節點(diǎn)形式代入電力系統進(jìn)行潮流計算。在某個(gè)設定風(fēng)速的計算完成后，改變設定風(fēng)速，進(jìn)行新一輪的計算。

從上述計算過(guò)程可以看出，穩態(tài)含風(fēng)電場(chǎng)電力系統潮流計算的結果，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)各風(fēng)速下系統的潮流計算分布情況表。其中風(fēng)電場(chǎng)零出力、最大、最小出力等3種情況需要著(zhù)重關(guān)注。

動(dòng)態(tài)過(guò)程分析，一般采用仿真的方法。要考慮異步發(fā)電機、雙饋異步發(fā)電機等不同發(fā)電機的模型以及風(fēng)速、風(fēng)力機、槳距調節等環(huán)節，用仿真程序PSS/E、PSCAD、Matlab/Simulink、PSASP等進(jìn)行分析。分析的關(guān)鍵是各種風(fēng)力發(fā)電機模型的選用。

分析風(fēng)電并網(wǎng)對主電網(wǎng)的影響，還需考慮風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功問(wèn)題。風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功消耗包括：異步風(fēng)力發(fā)電機消耗，雙饋異步發(fā)電機和直流永磁同步機沒(méi)有此部分;風(fēng)機出口升壓變壓器，由于整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)升壓變數目眾多，有成百上千臺，疊加起來(lái)數量不小;風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站主變壓器消耗等。對于由異步風(fēng)力發(fā)電機組成的風(fēng)電場(chǎng)，應考慮電壓穩定性問(wèn)題。如有必要，可采用動(dòng)態(tài)電壓控制設備。

三、風(fēng)電并網(wǎng)的經(jīng)濟影響

風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電成本加上合理的利潤，構成風(fēng)電的價(jià)格。2006年施行的<<可再生能源法>>中規定，電網(wǎng)企業(yè)必須全額收購可再生能源電量。費用高于常規能源發(fā)電平均上網(wǎng)電價(jià)，其電價(jià)之間的差額附加到銷(xiāo)售電價(jià)中分攤。

據統計，全國己建風(fēng)電場(chǎng)的電價(jià)水平在(0.46-1.2)元/(KWh)之間。目前，國內風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)大概分為：成本利潤電價(jià);特許權招標電價(jià);全省統一電價(jià)等三種。與火電相比，風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)較高。

風(fēng)電場(chǎng)出力的隨機性，可能造成如負荷跟蹤、頻率控制、備用容量、無(wú)功功率和電壓調節等電網(wǎng)輔助服務(wù)的成本增加，從而影響了電網(wǎng)企業(yè)的效益。

四、結束語(yǔ)

近年來(lái)，中國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的高速發(fā)展有目共睹，隨著(zhù)風(fēng)電裝機容量的不斷增長(cháng)，風(fēng)電并網(wǎng)對主電網(wǎng)所帶來(lái)的技術(shù)和經(jīng)濟影響越來(lái)越大，該領(lǐng)域的研究無(wú)論是對風(fēng)電發(fā)電商，還是對電網(wǎng)公司都愈顯其戰略重要性。