第五章并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響

第5章并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響章節(jié)設(shè)置5.1并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的影響因素和電網(wǎng)問(wèn)題5.2大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的分析計(jì)算5.3風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響5.4風(fēng)電場(chǎng)的容量可信度5.5風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定第5章并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響教學(xué)目標(biāo)：理解風(fēng)速分布和風(fēng)電機(jī)組集群效應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的影響，了解與風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，掌握大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)電氣計(jì)算的考慮事項(xiàng)，分析和理解風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響，深刻理解風(fēng)電場(chǎng)容量可信度的概念，了解國(guó)內(nèi)外有關(guān)風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定。第5章并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響知識(shí)點(diǎn)☆風(fēng)速分布和集群效應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出特性的影響；●與風(fēng)電并網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題；▲并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的常用電氣計(jì)算和考慮事項(xiàng)；★風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)電網(wǎng)電壓、穩(wěn)定性、電能質(zhì)量及調(diào)度運(yùn)行的影響；★風(fēng)電場(chǎng)容量可信度的概念和評(píng)價(jià)方法；●風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定。5.1并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的影響因素和電網(wǎng)問(wèn)題5.1.1風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速影響

5.1.2風(fēng)電場(chǎng)的集群效應(yīng)

5.1.3與接納風(fēng)電有關(guān)的電網(wǎng)問(wèn)題5.1.1風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速影響風(fēng)速波動(dòng)頻譜圖反映了不同類型風(fēng)速變化的時(shí)間范圍：風(fēng)湍流峰值（Turbulentpeak）主要是由1s內(nèi)到1min變化的陣風(fēng)引起。

風(fēng)速的日峰值（Diurnalpeak）取決于每天的風(fēng)速變化氣象峰值（Synopticpeak）取決于氣候模式的變化，每天及每周都會(huì)變化同時(shí)也包括季節(jié)周期的變化。5.1.1風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速影響湍流峰值可能會(huì)影響風(fēng)電所供應(yīng)電能的電能質(zhì)量，對(duì)電能質(zhì)量的影響很大程度上取決于風(fēng)電機(jī)組采用的技術(shù)。風(fēng)速的日峰值和氣象峰值可能會(huì)影響電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期有功功率平衡，解決的辦法之一是引入風(fēng)速預(yù)測(cè)。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速（例如25m/s），風(fēng)電機(jī)組就會(huì)停機(jī)。這種情況可能發(fā)生在暴風(fēng)來(lái)臨時(shí)。當(dāng)暴風(fēng)過(guò)去后，風(fēng)速下降到低于切出風(fēng)速時(shí)，風(fēng)電機(jī)組不會(huì)立即重新開始運(yùn)行，通常是在風(fēng)速下降了3~4m/s后開始重啟，如下圖滯后曲線。

5.1.1風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速影響對(duì)于電力系統(tǒng)，由風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速引起的大額風(fēng)電功率退出，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)突然出現(xiàn)大量的功率缺額。為了減小突然失去大量風(fēng)電對(duì)系統(tǒng)的影響及解決與滯后效應(yīng)有關(guān)的問(wèn)題，一些風(fēng)電機(jī)組制造商提供的風(fēng)電機(jī)組的功率曲線不是在切出風(fēng)速時(shí)突然切出，而是隨著風(fēng)速增加，逐步減少功率。滯后曲線5.1.2風(fēng)電場(chǎng)的集群效應(yīng)風(fēng)電的集群效應(yīng)對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行及電能質(zhì)量都有正面的影響。（1）一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)。陣風(fēng)不會(huì)同時(shí)吹過(guò)所有的風(fēng)機(jī)，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量不需要很大就可以達(dá)到非常平滑的效果。（2）多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的地理分布范圍。多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)位于更廣的地理范圍會(huì)大大減小風(fēng)速的日峰值和氣象峰值對(duì)電力系統(tǒng)的影響，因?yàn)樽兓臍庀竽Ｊ讲粫?huì)同時(shí)影響所有的風(fēng)機(jī)。

5.1.3與接納風(fēng)電有關(guān)的電網(wǎng)問(wèn)題電力系統(tǒng)接納風(fēng)電需要解決三個(gè)基本問(wèn)題：1．用戶和風(fēng)電場(chǎng)的電壓?jiǎn)栴}2．系統(tǒng)的有功平衡問(wèn)題3．系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)示意圖

1．用戶和風(fēng)電場(chǎng)的電壓?jiǎn)栴}沒(méi)有風(fēng)電時(shí)，如果負(fù)荷PD變化，阻抗Z1和Z3較大（例如長(zhǎng)線路），那么U3的波動(dòng)會(huì)很大。為了避免發(fā)生較大的電壓波動(dòng)，可以采取加強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)（降低Z1和Z3的值）、在用戶端附近安裝調(diào)壓變壓器來(lái)控制U3、在電網(wǎng)側(cè)安裝調(diào)壓變壓器或電容器組及電抗器來(lái)控制電網(wǎng)電壓U1等措施來(lái)保證用戶的電壓U3。有風(fēng)電時(shí)，由風(fēng)電PW的波動(dòng)引起U3的波動(dòng)程度主要取決于阻抗Z1和Z3的大小。同樣也會(huì)使風(fēng)電場(chǎng)側(cè)的電壓U2發(fā)生波動(dòng)，波動(dòng)的大小取決于Z1和Z2的大小。風(fēng)電場(chǎng)側(cè)也需要電壓控制措施例，如安裝調(diào)壓變壓器或無(wú)功補(bǔ)償措施，來(lái)穩(wěn)定電壓U2。2．系統(tǒng)的有功平衡問(wèn)題如果風(fēng)電場(chǎng)分布在一個(gè)很大的地理范圍內(nèi)，大規(guī)模風(fēng)電并不會(huì)使系統(tǒng)的一次備用需求增加，因?yàn)榈乩矸植妓鶐?lái)的平滑效應(yīng)緩解了風(fēng)電輸出的短時(shí)波動(dòng)。然而，由于現(xiàn)有的風(fēng)電預(yù)測(cè)技術(shù)的局限性，實(shí)際的風(fēng)電輸出和預(yù)測(cè)值之間的差值還是需要系統(tǒng)的二次備用來(lái)平衡。因此對(duì)于風(fēng)電裝機(jī)比例大的系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)二次備用容量的需求受風(fēng)電影響是很大的。3．系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題（1）電力系統(tǒng)必須有足夠的發(fā)電容量來(lái)滿足系統(tǒng)的最大需求。電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常采用N－1標(biāo)準(zhǔn)，即系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)最大的發(fā)電廠事故停機(jī)后不會(huì)使任何用戶停電。也就是說(shuō)系統(tǒng)的備用容量不小于系統(tǒng)內(nèi)最大一臺(tái)機(jī)組的容量。（2）電網(wǎng)必須有足夠的輸電容量使發(fā)電容量可以順利地輸送到用戶端。在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮一定的冗余（例如冗余的輸電線路及備用電廠），風(fēng)電引入電力系統(tǒng)改變了原有的系統(tǒng)可靠性和用戶停電之間的權(quán)衡方式，有時(shí)僅需要考慮風(fēng)電場(chǎng)方面（也就是會(huì)影響風(fēng)電商的收入），有時(shí)需要考慮整個(gè)系統(tǒng)。5.2大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的分析計(jì)算5.2.1風(fēng)電場(chǎng)的整體數(shù)學(xué)模型

5.2.2并網(wǎng)電壓等級(jí)的選擇

5.2.3母線電壓計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償方案

5.2.4風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)短路電流的貢獻(xiàn)

5.2.5風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性計(jì)算5.2.1風(fēng)電場(chǎng)的整體數(shù)學(xué)模型詳細(xì)模型如a所示將整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)用一個(gè)單機(jī)等值模型來(lái)表示，如b）所示；或者采用較少數(shù)量和相應(yīng)容量的多臺(tái)等值機(jī)模型，如c和d所示。

5.2.1風(fēng)電場(chǎng)的整體數(shù)學(xué)模型綜合等值模型的視在功率（MVA值）等于所有風(fēng)電機(jī)組容量之和：簡(jiǎn)化等值模型的有功功率等于所有風(fēng)電機(jī)組向電網(wǎng)輸送功率之和：簡(jiǎn)化等值模型的無(wú)功功率等于所有風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)無(wú)功交換之和：5.2.2并網(wǎng)電壓等級(jí)的選擇輸配電電壓等級(jí)必須符合國(guó)家電壓標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)標(biāo)稱電壓有3、6、10、35、60、110、220、330、500kV等。在輸送距離和傳輸容量一定的條件下，額定電壓越高，線路上的功率損耗、電能損耗和電壓損耗也就越小，并且可以采用較小截面的導(dǎo)線。但是，電壓等級(jí)越高，絕緣水平要求越高，桿塔的幾何增大，造價(jià)也就越高。所以輸送距離和傳輸容量一定的條件下，都有相對(duì)應(yīng)的額定電壓，可以查表。5.2.2并網(wǎng)電壓等級(jí)的選擇風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的大小以及輸送距離的遠(yuǎn)近決定了并網(wǎng)線路的電壓等級(jí)。容量很小的風(fēng)電場(chǎng)可以接入低壓例如10kV或35kV，直接向負(fù)荷供電；而容量較大的可以采用110kV、220kV

電壓等級(jí)接入系統(tǒng)；而在百萬(wàn)千瓦及以上風(fēng)電基地，可將有關(guān)風(fēng)電場(chǎng)以220kV（或330kV）

電壓等級(jí)匯集后升壓500kV(或750kV)電壓等級(jí)接入系統(tǒng)。5.2.3母線電壓計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償方案5.2.3.1電壓水平和無(wú)功功率的關(guān)系集中參數(shù)輸電線路的等效電路和相量圖如下：輸電線路首端和末端相電壓和之間存在下列關(guān)系：5.2.3.1電壓水平和無(wú)功功率的關(guān)系由于所以電壓降落的縱分量電壓降落的橫分量電壓降落的縱分量，第一部分與有功功率和電阻有關(guān)，第二部分與無(wú)功功率和電抗有關(guān)，要改變電壓損耗有兩種辦法：一是改變?cè)淖杩箙?shù)；二是改變電網(wǎng)元件中傳輸?shù)墓β剩３Ｊ歉淖僎。無(wú)功負(fù)荷大于無(wú)功出力時(shí)，電壓就下降，反之，電壓就會(huì)上升。當(dāng)無(wú)功功率不能滿足電網(wǎng)對(duì)電壓的要求時(shí)，必須配置各種無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。

5.2.3.2風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償采用雙饋或永磁發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組雖然在控制系統(tǒng)的作用下可以運(yùn)行在cosφ=1.0的恒功率因數(shù)模式下，但控制系統(tǒng)只保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所吸收的無(wú)功功率為零，但風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的集電線路，升壓變壓器仍有無(wú)功損耗。風(fēng)電場(chǎng)并入電網(wǎng)時(shí)，若電網(wǎng)無(wú)功原本就不足，則會(huì)擴(kuò)大電網(wǎng)的無(wú)功缺額、惡化無(wú)功狀況、降低電網(wǎng)電壓水平。

并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖5.2.3.2風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)所發(fā)出的無(wú)功功率為Qw=Q2+Qy－Qx。

Qy：線路的充電功率；Qx：線路串聯(lián)電抗消耗的無(wú)功功率如果Q2<0且P2R+Q2X<0時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)的電壓U1低于U2。系統(tǒng)電壓U2一定時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)從系統(tǒng)吸收過(guò)多無(wú)功功率（Qw<0），會(huì)造成并網(wǎng)點(diǎn)電壓過(guò)低。如果Q2>0，并網(wǎng)點(diǎn)U1的電壓則高于U2。風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)線路向系統(tǒng)提供無(wú)功功率（Qw>0）。以上兩種情況，都需要在風(fēng)電場(chǎng)的升壓變電站內(nèi)安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。5.2.4風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)短路電流的貢獻(xiàn)

5.2.4.1不同類型發(fā)電機(jī)的短路電流組成同步發(fā)電機(jī)的短路電流圖形：表達(dá)式：1.同步發(fā)電機(jī)的短路電流特點(diǎn)：（1）短路電流it由對(duì)稱的周期分量iz和不對(duì)稱的非周期分量if兩部分合成。（2）短路電流的非周期分量是由于磁鏈?zhǔn)睾愕脑黼娏鞑荒芡蛔兌a(chǎn)生的自由電流。（3）短路電流周期分量由次暫態(tài)短路電流分量i"、暫態(tài)短路電流分量i'和穩(wěn)態(tài)短路電流分量i三者構(gòu)成。

2.異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)的短路電流圖形：表達(dá)式：2.異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)的短路電流特點(diǎn)：1)感應(yīng)發(fā)電機(jī)出口短路電流同樣包括非周期分量和周期分量。2)非周期分量與短路時(shí)電源電壓的初相角有關(guān)，以時(shí)間常數(shù)Ta衰減。3)短路電流周期分量與轉(zhuǎn)差s有關(guān)，以時(shí)間常數(shù)Tа'衰減。4)短路電流將衰減至零而無(wú)穩(wěn)態(tài)電流分量。3雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的短路電流圖形：特點(diǎn)：雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組在短路瞬間，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓和頻率不會(huì)突變。三相短路電流同樣含有周期分量和非周期分量。雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組由于短路初期變流器仍處于工作狀態(tài)，此時(shí)的短路電流特性與同步電機(jī)類似，當(dāng)轉(zhuǎn)子保護(hù)動(dòng)作將轉(zhuǎn)子短路后，其短路電流才出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象，與固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組相似。5.2.4.2風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)短路容量的貢獻(xiàn)以前并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的容量還比較小，在電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算時(shí)往往沒(méi)有考慮風(fēng)電場(chǎng)的影響，而是簡(jiǎn)單地將風(fēng)電場(chǎng)認(rèn)為是一個(gè)負(fù)荷，不考慮其提供短路電流。然而，當(dāng)大規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)后，在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將向短路點(diǎn)提供一定的短路電流（容量）。5.2.5風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性計(jì)算電力系統(tǒng)受到各種形式的干擾后，憑借系統(tǒng)本身固有能力和控制設(shè)備的作用，恢復(fù)到原來(lái)運(yùn)行狀態(tài)或達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的能力，稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。按照系統(tǒng)承受擾動(dòng)的大小，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分為靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩類。（1）靜態(tài)穩(wěn)定性。靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)受到小干擾后，自動(dòng)回復(fù)到原來(lái)運(yùn)行狀態(tài)的能力。（2）暫態(tài)穩(wěn)定性。暫態(tài)穩(wěn)定是指電網(wǎng)在受到大干擾后各同步電機(jī)同步運(yùn)行并恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式或過(guò)渡到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的能力。5.2.5風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性計(jì)算有關(guān)風(fēng)電并網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，有三方面內(nèi)容：1）風(fēng)電場(chǎng)的投入，電網(wǎng)承受大擾動(dòng)的能力是增加了，還是降低了。2）風(fēng)功率的切入或退出，電網(wǎng)頻率或功率是否有變化，穩(wěn)態(tài)值或暫態(tài)值是否有超標(biāo)的情況。3）電網(wǎng)故障時(shí)，風(fēng)電機(jī)組因低電壓保護(hù)動(dòng)作，退出運(yùn)行后，對(duì)電網(wǎng)的影響。風(fēng)電機(jī)組是否需要具有低電壓穿越功能。5.3風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

5.3.1對(duì)電網(wǎng)電壓的影響

5.3.2對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響5.3.3對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力及運(yùn)行調(diào)度的影響5.3.4風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響

5.3.1對(duì)電網(wǎng)電壓的影響5.3.1.1風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電壓控制的影響1.風(fēng)電場(chǎng)對(duì)輸電網(wǎng)電壓控制的影響電網(wǎng)不可避免地需要附加措施來(lái)控制電壓2.風(fēng)電場(chǎng)對(duì)配電網(wǎng)電壓控制的影響越來(lái)越多的分布式發(fā)電，如風(fēng)電機(jī)組、光伏系統(tǒng)、小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，并入配電網(wǎng)，這些發(fā)電設(shè)備改變了配電網(wǎng)的潮流。5.3.1.2風(fēng)電場(chǎng)自身的電壓穩(wěn)定性1.靜態(tài)電壓穩(wěn)定靜態(tài)電壓穩(wěn)定的基本過(guò)程本質(zhì)上是屬于穩(wěn)態(tài)的性質(zhì)。因此主要的分析手段是潮流仿真.(1)P-V曲線法。對(duì)于應(yīng)用P-V曲線對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的分析，實(shí)際上是研究風(fēng)速變化導(dǎo)致的風(fēng)電場(chǎng)出力變化對(duì)電網(wǎng)電壓的影響.(2)V-Q曲線法。V-Q曲線表示所研究母線（通常是研究系統(tǒng)中最為薄弱的母線）電壓V(pu)同注入該母線無(wú)功功率Q(Mvar)之間的關(guān)系，可以定量研究母線的無(wú)功裕度或無(wú)功補(bǔ)償需求等。2.暫態(tài)電壓穩(wěn)定（大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定）暫態(tài)電壓穩(wěn)定的判據(jù)，是在給定的擾動(dòng)及隨后的系統(tǒng)控制作用下，所有母線電壓都達(dá)到可接受的穩(wěn)態(tài)水平。大擾動(dòng)下的電壓穩(wěn)定性過(guò)程相對(duì)緩慢，需要在充分長(zhǎng)的時(shí)間（從幾秒到數(shù)十分鐘）通過(guò)長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)仿真進(jìn)行分析。5.3.2對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響1．靜態(tài)穩(wěn)定特性不同機(jī)端電壓下有不同的異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速～電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線，如下圖所示。當(dāng)異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速

時(shí)，此時(shí)任意的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)都是穩(wěn)定的，異步機(jī)也是靜態(tài)穩(wěn)定的；而在異步機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)則都是不穩(wěn)定的運(yùn)行點(diǎn)，會(huì)在任意的小擾動(dòng)下發(fā)生發(fā)電機(jī)超速及電壓失穩(wěn)現(xiàn)象。異步發(fā)電機(jī)在低負(fù)載運(yùn)行方式下的靜態(tài)穩(wěn)定裕度要高于滿載及高負(fù)載運(yùn)行方式下的靜態(tài)穩(wěn)定裕度。電壓越低的情況下，異步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定裕度越低；

2．暫態(tài)穩(wěn)定特性要異步發(fā)電機(jī)故障時(shí)的加速面積小于其減速面積，異步發(fā)電機(jī)就是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的；若加速面積大于減速面積，則異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)超出故障時(shí)的動(dòng)態(tài)臨界轉(zhuǎn)速值，異步發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定。2．暫態(tài)穩(wěn)定特性基于雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)其靜態(tài)及暫態(tài)穩(wěn)定性的好壞完全取決于其控制系統(tǒng)的靜態(tài)控制策略及其暫態(tài)控制能力。永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)不從電網(wǎng)吸收無(wú)功電流，且機(jī)組電網(wǎng)側(cè)變流器參與系統(tǒng)無(wú)功和電壓的調(diào)節(jié)，因此可維持電網(wǎng)的短期電壓穩(wěn)定，與異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5.3.3對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力及運(yùn)行調(diào)度的影響5.3.3.1電力系統(tǒng)的有功平衡及頻率調(diào)整當(dāng)電力的生產(chǎn)等于消耗時(shí)（包括輸電和配電的損耗），系統(tǒng)的頻率為額定值（中國(guó)是50Hz）；當(dāng)頻率低于50Hz時(shí)，意味著系統(tǒng)的負(fù)荷大于電力的生產(chǎn)值；當(dāng)頻率大于50Hz時(shí)，電力的生產(chǎn)大于電力的消耗。電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為±0.2Hz。要使系統(tǒng)的頻率保持在額定值的適當(dāng)偏差內(nèi)，就需要不斷地調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)的出力。這就需要電力系統(tǒng)有一定的備用容量，根據(jù)備用容量的啟動(dòng)時(shí)間可以將其分為一次備用、二次備用及長(zhǎng)期備用（三次調(diào)整）。

5.3.3.2風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)有功平衡的影響1．風(fēng)力發(fā)電的出力模式風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行有其特殊性，最主要的是風(fēng)速本身的間歇性和隨機(jī)性引起的的整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力變化的不確定性。電場(chǎng)平均功率相對(duì)于額定功率的百分?jǐn)?shù)，稱為容量系數(shù)（Capacityfactor）。對(duì)于陸上風(fēng)電場(chǎng)，容量系數(shù)通常在20%~40%之間，最大負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)在1800~3500h/a之間。海上風(fēng)電場(chǎng)的容量系數(shù)可以達(dá)到45%~60%，最大負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)在4000~5000h/a之間。通常，風(fēng)電機(jī)組一年運(yùn)行6000~8000h，但在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)出力不到額定功率的一半。2．風(fēng)電出力的波動(dòng)性及平滑效應(yīng)要研究的區(qū)域越大，平滑效應(yīng)覆蓋的時(shí)間范圍也越長(zhǎng)，隨著地域的擴(kuò)大，風(fēng)電機(jī)組出力變化的相關(guān)性不斷下降。一個(gè)固定區(qū)域其平滑效應(yīng)是有上限的，也就是說(shuō)，由于平滑效應(yīng)引起的風(fēng)電出力變化的降低在某一值上是飽和的，當(dāng)然，如果地理范圍更大，平滑效應(yīng)的作用也會(huì)增加。系統(tǒng)調(diào)度所關(guān)心的地理范圍較廣。對(duì)于一個(gè)大區(qū)域來(lái)講，在秒及分鐘時(shí)間范圍的風(fēng)電出力變化并不重要，而每小時(shí)的變化也大大低于其裝機(jī)容量的50~60%。3．風(fēng)力發(fā)電對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的影響風(fēng)電出力的隨機(jī)性與負(fù)荷隨即變動(dòng)的特點(diǎn)相吻合，因此可以將風(fēng)電出力看作負(fù)的負(fù)荷。將風(fēng)電出力看作負(fù)的負(fù)荷，和當(dāng)?shù)刎?fù)荷曲線進(jìn)行疊加，得出的等效負(fù)荷了解風(fēng)電對(duì)本地區(qū)負(fù)荷特性的影響該風(fēng)電場(chǎng)出力不僅不能改善系統(tǒng)的負(fù)荷特性，反而使之有所惡化，等效負(fù)荷峰谷差的增大，加大了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)度的難度。3．風(fēng)力發(fā)電對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的影響按發(fā)生時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)分，風(fēng)電的波動(dòng)性的影響分為短期和長(zhǎng)期的影響。（1）短期影響。風(fēng)電出力短期（從幾分鐘到幾小時(shí)）波動(dòng)性對(duì)系統(tǒng)的影響，主要是體現(xiàn)在系統(tǒng)為平衡其波動(dòng)性所增加的系統(tǒng)備用。

（2）其他短期影響。間歇性出力的大量風(fēng)電勢(shì)必造成常規(guī)能源發(fā)電量的損失，這些機(jī)組的起停及低于額定負(fù)載運(yùn)行會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的效率下降。3．風(fēng)力發(fā)電對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的影響（3）長(zhǎng)期影響。電力單位和系統(tǒng)的調(diào)度部門必須能夠向負(fù)荷提供可靠性高的供電服務(wù)，風(fēng)電本身的間歇性向他們提出了難題。停電的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及政治成本很高，因此電力單位本身并不情愿依靠間歇性的電源作為其供電容量的一部分。4．風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的意義：1）根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)的出力曲線優(yōu)化常規(guī)機(jī)組的出力，達(dá)到降低運(yùn)行成本的目的。2）掌握了風(fēng)電出力變化規(guī)律就減少了不確定性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和可靠性。3）在風(fēng)電參與電力市場(chǎng)的系統(tǒng)中，優(yōu)化電力市場(chǎng)中電力的價(jià)值。4）為風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)提供有益的參考。為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電預(yù)測(cè)，涉及到許多基礎(chǔ)工作，兩個(gè)大型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，一個(gè)是氣象部門的數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)是電力部門的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)既包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也包括歷史數(shù)據(jù)。

5.3.4風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響5.3.4.1電壓偏差當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)電壓為110kV及其以下時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過(guò)額定電壓的10%。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)電壓為220kV及其以上時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的允許偏差為額定電壓的－3～+7%。5.3.4.2電壓波動(dòng)和閃變電壓波動(dòng)為一系列電壓變動(dòng)或連續(xù)的電壓偏差：閃變描述的是白熾燈亮度的變化，反映的本質(zhì)是電壓的快速變化。閃變的主要影響因素是電壓波動(dòng)的幅值和頻率。并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組不僅在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變，而且在機(jī)組切換操作過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變。并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)和閃變與線路X/R比呈非線性關(guān)系，當(dāng)對(duì)應(yīng)的線路阻抗角為60°~70°時(shí)，電壓波動(dòng)和閃變最小。5.3.4.3諧波頻率高于50Hz的電流或電壓成分稱之為諧波。當(dāng)諧波頻率為工頻頻率的整數(shù)倍時(shí)，稱之為整數(shù)次諧波。將一個(gè)畸變的周期電流展開成傅里葉（Fourier）級(jí)數(shù)：電流總均方根值（有效值）的表達(dá)式第h次諧波電流的含有率總諧波電流畸變率

5.3.4.3諧波對(duì)于風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，諧波電流的真正來(lái)源是風(fēng)電機(jī)組中采用的電力電子元器件。對(duì)于定速風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有電力電子器件參與，因而也基本沒(méi)有諧波產(chǎn)生；變速風(fēng)電機(jī)組則采用大容量的電力電子元件，變速風(fēng)電機(jī)組的諧波注入問(wèn)題需要考慮。5.4風(fēng)電場(chǎng)的容量可信度

5.4.1風(fēng)電場(chǎng)容量可信度的概念

5.4.2容量可信度的評(píng)價(jià)方法

5.4.3影響容量可信度的因素5.4.1風(fēng)電場(chǎng)容量可信度的概念充裕度(adequacy)表示電力系統(tǒng)維持連續(xù)供給用戶總的電力需求和總的電能量的能力。發(fā)電容量可信度（有時(shí)稱為容量?jī)r(jià)值）是一臺(tái)給定的發(fā)電機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)充裕度的貢獻(xiàn)。有一種觀點(diǎn)認(rèn)定并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)沒(méi)有容量效益，不能替代一定量的發(fā)電容量，風(fēng)電場(chǎng)未獲得容量可信度，也稱其容量可信度為零。但是，就容量可信度而言，風(fēng)力發(fā)電和傳統(tǒng)發(fā)電方式只是在設(shè)備可用率方面的有數(shù)量上的差異，而沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。風(fēng)電場(chǎng)的容量可信度一般用來(lái)表征風(fēng)電替代常規(guī)容量的能力

5.4.2容量可信度的評(píng)價(jià)方法風(fēng)電的容量可信度有兩種評(píng)價(jià)方法：（1）可靠性指標(biāo)計(jì)算。計(jì)算含風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，在保證系統(tǒng)可靠性不變的前提下，風(fēng)電能夠替代的常規(guī)發(fā)電機(jī)組容量即為其容量可信度。這方法適合于系統(tǒng)的規(guī)劃階段。（2）時(shí)間序列仿真。選擇合適的時(shí)間段作為研究對(duì)象，通過(guò)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的容量系數(shù)（風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力與理論發(fā)電量的比值）來(lái)估算容量可信度。在負(fù)荷高峰時(shí)段，可以認(rèn)為容量系數(shù)等于容量可信度。該方法適用于為系統(tǒng)的運(yùn)行提供決策支持。5.4.3影響容量可信度的因素大量關(guān)于風(fēng)電容量可信度的研究表明，風(fēng)力發(fā)電將會(huì)增加系統(tǒng)的負(fù)荷承載能力，可以部分滿足負(fù)荷需求的規(guī)劃性增長(zhǎng)。下圖為隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增加容量可信度的變化趨勢(shì)，實(shí)線是考慮了地理范圍的平滑效應(yīng)，而虛線是沒(méi)有考慮這個(gè)影響因素。5.4.3影響容量可信度的因素愛爾蘭的輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商，在2004年發(fā)布了一份研究報(bào)告，該研究發(fā)現(xiàn)：風(fēng)電穿透功率高會(huì)大大增加系統(tǒng)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)次數(shù)及功率爬坡斜率；在愛爾蘭的電力系統(tǒng)中，利用風(fēng)力發(fā)電減少二氧化碳排放的成本是120€/t。挪威在風(fēng)電可信度的研究得到的結(jié)論是：風(fēng)力發(fā)電對(duì)系統(tǒng)的充裕度有著積極的影響。風(fēng)力發(fā)電有利于降低缺電概率，改善電量平衡情況。

5.5風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定5.5.1風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的技術(shù)要求并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定主要包含以下內(nèi)容：（1）電壓要求。（2）頻率要求。（3）有功功率要求。（4）功率因數(shù)/無(wú)功功率要求。（5）故障穿越（FaultRideThrough，F(xiàn)RT）要求。（6）電能質(zhì)量要求。5.5.2國(guó)外有關(guān)風(fēng)電并網(wǎng)的技術(shù)規(guī)定丹麥

丹麥?zhǔn)鞘澜缟献钤缰贫L(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定和導(dǎo)則的國(guó)家。在1998年，丹麥電力研究院提出了風(fēng)電機(jī)組接入中低壓電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)定，該技術(shù)規(guī)定適用于接入110kV以下電網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組。Eltra輸電公司于2000年頒布了新的技術(shù)要求適用于風(fēng)電場(chǎng)接入110kV以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)?，F(xiàn)行并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定是從2004年起實(shí)施的“接入100kV以上電壓的風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組特性和控制技術(shù)規(guī)范”。5.5.2國(guó)外有關(guān)風(fēng)電并網(wǎng)的技術(shù)規(guī)定德國(guó)

1998年，德國(guó)電力協(xié)會(huì)(對(duì)接入中壓電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組做出了規(guī)定適用于接入110kV電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)。德國(guó)E.ON電網(wǎng)公司是德國(guó)擁有風(fēng)電裝機(jī)容量最多的電網(wǎng)公司，其風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定(適用于與高壓和超高壓電網(wǎng)的所有連接，即適用于負(fù)荷和所有類型的發(fā)電機(jī)組（同步和非同步發(fā)電機(jī)）?，F(xiàn)行并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定從2006年4月1日起實(shí)施。5.5.2國(guó)外有關(guān)風(fēng)電并