1引言

風電場輸出功率具有波動性、間歇性，為確保電網穩(wěn)定、安全運行，電網需要留有足夠的旋轉備用來完成系統(tǒng)對波動能源的調節(jié)。電網可接納風電容量主要取決于區(qū)域電網所具備的調峰、調頻能力，考慮到風力發(fā)電輸出功率的變化速率較快，區(qū)域電網的AGC調節(jié)速率就顯得尤為重要。我國的電網結構中，火力發(fā)電占據發(fā)電容量的份額最大，但火電機組調節(jié)速率較慢，不能有效得對風電進行快速調節(jié)。與之相比，水電機組具有容量大，調節(jié)速率快的特點，但在電網中所占容量較小并且分布不平均，并且其建設和運行都受到了自然客觀條件的限制，以上原因導致了我國各地電網的接入風力發(fā)電的能力不盡相同，換言之，風電波動對不同的電網結構帶來的影響也不盡相同。風電波動對電網帶來的影響主要受三方面的因素制約：風電場輸出功率的特性，地區(qū)電網的實際情況以及儲能補償設備的特性。

2典型電網調頻能力分析

選取湖北、上海、吉林等我國幾個負荷較大、電網調節(jié)能力較強的省區(qū)電網為案例，進行了研究。湖北省電網的大致情況為：全省AGC機組總可調容量1325MW 中，水電機組AGC可調容量為235MW，占17.7%，平均調節(jié)速率達21MW/min;火電機組AGC可調容量為1090MW，占82.3%，平均AGC調節(jié)速率僅為5.3MW/min。因此總共的調節(jié)能力為26.3MW/min。

上海地區(qū)電網的大致情況為：目前上海電網實際的AGC調節(jié)速率僅僅為額定調節(jié)速率的1/3左右，即最大調頻能力為50～60MW/min。因此，就目前上海電網的調頻能力而言，在夏季高峰時約有10MW/min的AGC調節(jié)裕度，這兩個地區(qū)都是位于我國的中東部的經濟較為發(fā)達的地區(qū)，對能源有著巨大的需求，并且電網的容量較大，調節(jié)能力強。

吉林省電網的大致情況為：截至2008年底，吉林省內網省調總裝機容量為13034MW，其中東北網調直調水電3238MW 。吉林省直調大部分為火電機組，總容量9796MW，其中火電機組7873MW;水電機組僅為285.7MW，風電機組764.3MW，生物發(fā)電機組42MW。

3大規(guī)模風電接入電網帶來的問題

3.1電力電量平衡問題

由于風電的不確定性和不可控性，導致電網并網的風電機組的電力供電無法滿足穩(wěn)定性、連續(xù)性和可調性等要求，輸出功率的不斷變化容易對電網造成沖擊。由于風電的不可預知性，調度運行人員無法對風力發(fā)電做出有效的發(fā)電計劃，進而導致系統(tǒng)備用電源、調峰容量和系統(tǒng)運行成本增加以及威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行等一系列后果。

解決風電并網對電力調配帶來的困難，迫切需要研制開發(fā)一套有效的風力發(fā)電預報系統(tǒng)。

3.2調峰問題

為保證電網的安全穩(wěn)定運行，在電網最低負荷時，仍需保證一定的機組運行。一般燃煤機組的最低出力約為額定出力的40%，電網現(xiàn)有的控制模式要求在不調停大機組、電網在最低負荷、風電機組出力最大的極端情況下，電網內燃煤機組的最低出力加上外來電的總和應小于最低負荷[2]。由于風電的反調峰特性，冬季夜間低負荷、大風時段，風電出力快速增加。尤其在北方，冬季70%以上的火電機組承擔供熱任務，調峰能力降低，調峰容量不足。同時，風電出力變化速度較快，火電機組常規(guī)調峰無法跟上風電出力的快速變化，這將導致聯(lián)絡線交換功率超過允許的偏差，越過聯(lián)絡線上的功率限制。

在北方，冬季供熱期是電網調峰最困難的時期，也是風電出力較高的季節(jié)。為了保證地方供熱，網內所有供熱機組不得不全部運行，加上供熱機組的最低出力已降低至火電機組出力的最低點。風電的間歇、波動特性要求電網必須有足夠的調峰容量來平衡風電所產生的出力波動，但由于冬季負荷峰谷差最大，并且電力系統(tǒng)預留的調節(jié)裕度隨著供熱負荷的增加而逐步下降，這就導致整個電力系統(tǒng)沒有足夠的調峰容量來平衡大風時的風電出力，致使電網接納風電的能力大大降低。

解決風電并網帶來的調峰困難問題，這就要求加大對直調電廠低谷調峰的考核力度，進一步完善直調電廠低谷深度調峰輔助服務的補償措施，諸如加入儲能裝置等。

3.3電壓穩(wěn)定問題

風電機組發(fā)電的不確定性和不可控性使得大規(guī)模風電機組的并網給系統(tǒng)的電壓帶來母線電壓越限、電網電壓波動和閃變等一系列問題。

風力發(fā)電的隨機性使得節(jié)點電壓的波動增大，節(jié)點電壓的越限概率隨之變大，且影響程度與它們之間的距離有關，離風電場接入點越近，影響越明顯。

解決風電并網帶來的電壓問題，需在風電接入集中地區(qū)安裝靜止無功補償器(SVC)等柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)設備，減少風力發(fā)電功率波對電網電壓的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.4頻率穩(wěn)定問題

由于自然界的風速不斷地變化，風力發(fā)電機的出力也隨時變化。當風速大于切入風速時，風力發(fā)電機啟動掛網運行;當風速低于切入風速時，風機停機并與電網解列。因此風力發(fā)電機出力有較大的隨機性，一天內可能有多次起動并網和停機解列。在風電裝機容量較大的地區(qū)，風電功率的波動對電網的頻率產生一定的影響。

4結束語

在風電接入集中且接入容量大的地區(qū)，則在極端情況下，導致頻率的嚴重下降，從而對系統(tǒng)的調頻增加了難度，給系統(tǒng)的安全性帶來影響。各國的風電接入系統(tǒng)導則都要求風電機組能夠在一定的頻率范圍內正常運行;頻率超過一定范圍后限制出力運行或延遲一定時間后退出運行，以維持系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。若在風電集中的地區(qū)加入儲能裝置，則可在頻率超過一定范圍后對風電的出力運行進行適當調整，并能充分保證風電出力在延遲一定的時間后退出運行，給系統(tǒng)的頻率調整留有充裕的時間，保證了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。電池儲能系統(tǒng)具有0慣性時間常數的特點，BESS系統(tǒng)會完成對成組電池的控制，PWM變流器負責控制電池系統(tǒng)向電網注入和抽出的有功、無功功率。意味著儲能系統(tǒng)可以在瞬間以額定功率向系統(tǒng)注入或者抽出一定的能量，相比水力發(fā)電系統(tǒng)10%額定容量/分鐘和火力發(fā)電系統(tǒng)0.5%額定容量/分鐘的調節(jié)能力，電池儲能系統(tǒng)的瞬間功率調節(jié)能力要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)電設備，因此用儲能系統(tǒng)平滑風力發(fā)電這種快速變化的大容量發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)調峰調頻設備相比有很大的優(yōu)勢。