风力发电是21世纪重要的绿色能源，也是化石能源的重要替代能源之一。加快发展风力发电，是世界许多国家解决能源可持续利用的重要举措。美国的风电装机容量仅次于天然气，连续3年领先世界；欧盟将风能当作新能源领头羊，风电装机容量占了新增发电装机的4成；国外其他国家的风电发展也十分迅速。本文对大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定的问题进行了分析探讨，并在此基础上提出了相关的技术解决措施。
1 大规模风电接入对电网电压的影响及其
风电场电压控制问题
由于我国风能资源丰富地区距离负荷中心较远，大规模的风力发电无法就地消纳，需要通过输电网远距离输送到负荷中心。在风电场的风电出力较高时，大量风电功率的远距离输送往往会造成线路压降过大，风电场的无功需求及电网线路的无功损耗增大，电网的无功不足，局部电网的电压稳定性受到影响、稳定裕度降低。 电网的电压稳定极限限制了风电场最大的装机容量，在电网规划没有与风电规划协调发展时，往往电网接纳风电的能力不能适应风电规划的发展，接入的风电场容量受到电网自身条件的限制。
研究表明，通过采用一定的无功补偿手段，可以增加电网的电压稳定裕度、提高风电场的最大装机容量。
另外，加强网架结构、采用具有电压无功控制能力的双馈变速风电机组，都可以更好地改善风电接入地区电网的电压水平与电压稳定性。实际运行过程中，在风电功率波动大、无功需求量大且变化相对较快时，可能单依靠电容器组快速投切不能满足控制的要求，这时就需要在风电场内安装能够在风速波动时提供快速的无功支撑，有利于电网和风电场的无功电压调节的动态无功补偿装置。
2提升电压稳定的措施
2.1风电场配备足够的无功补偿容量
一般，风电场的变压器损耗约为装机容量的15％—20％，因此风电场的容性无功补偿不得低于这一比例。 对于一些恒频、恒速异步风机的风电场，尽管风机自身已经配备了少量的容性补偿装置，但考虑到风机出力较大时仍然需要从系统吸收一定的无功功率，上述容性补偿的比例应适当提高。
另外值得一提的是，对于一些通过较长线路才接入系统汇集点的风电场，当风电场出力较低或出力为零时，长距离输电线的充电无功会引起风电场电压升高至不能承受的数值，需要考虑配备相应的感性无功补偿将风电场电压控制在合适的数值。
2.2采用响应快速、无功输出对电压依赖性小的无功电源
在整个系统，尤其是风电场所在区域配置无功输出对电压依赖性小的无功电源可对系统电压的恢复起到动态支撑的作用。由于电容器的输出对电压的变化十分敏感，在电压发生较大幅度的降低时，电容器的作用不大，因此，风电场内部所配备的无功补偿装置中电容器的比例不得太高，建议控制在总补偿容量的50％以内，其余部分采用动态无功补偿装置。
2.3不断完善的低压减载和低频减载配置方案
风电接入系统后，系统的低压减载和低频减载方案变得复杂，正确的方法是采用全时域仿真分析的方法，针对不同区域的风电接入情况分别制定符合自身特点的配置方案。虽然如此，低压减载和低频减载作为电力系统安全稳定运行的第 3 道防线，仍需要遵循下列基本配置原则：a.一般情况下所安排的负荷切除量不能少于该地区负荷的10％，低压切负荷装置可以与低频切负荷装置安排切除相同的负荷；b.兼顾切除负荷量充足和避免过量切除负荷量方面的要求，满足不同故障情况下系统稳定性和恢复电压的要求；c.合理设置各轮次动作电压和延迟时间，各轮次应逐级动作；d.低压减载措施要与其他第3道防线中措施相适应，减少不必要的损失，避免对电网进一步的冲击；e.充分考虑风电汇集区域的负荷特性，这些区域负荷切除延时要综合考虑风机的低电压穿越能力。
2.4采用具有无功输出能力的风电机组
风机的发展主要经过了恒频恒速异步风机、双馈风机和直驱风机3个典型的发展阶段，目前欧洲一些国家通过相关的技术规定逐步实现了风机的技术更新，目前恒频、恒速的异步风机已经退出了市场，主要采用具有无功调节能力的后2种机型。
3 大规模风电接入对电网调度运行的影响及风电功率预测的必要性
一般而言，我国风能资源丰富地区经济不甚发达，无法消纳大规模的风电电力；且地区负荷特性往往与风电场风电功率特性相反，或称之为风电的反调峰特性，导致大规模风电接入后往往会增加电网调度的难度，需要电网留有更多的备用电源和调峰容量，这必将给电网带来附加的经济投入，增加电网运行的费用。
风电接入给电网带来的调度问题及额外备用容量的要求完全是由于风电的随机及间歇特性引起的。
在风电功率无法预测时，电网必须按比较保守的方案为风电留出足够的备用容量以平衡风功率的波动；而当风电功率可以预测并且有足够的精度时，将风电功率作为负的负荷叠加到负荷预测的曲线上，就可以像传统的电力系统调度方式一样根据预测的负荷与风电功率安排常规机组的发电计划，从而优化发电机组的开机组合，降低整个电网运行的费用。因此，为了降低风电接入对电网调度的影响及对备用容量的要求，进行风电功率预测十分必要和迫切。目前，几个风电发展比较成熟的国家如德国、丹麦都已经建立了比较完善的风电功率预测系统，从而将风力发电对电网调度与备用的影响降到了最低。
中国电力科学研究院新能源所借助国际合作项目的优势，引进外国比较成熟的风电功率预测技术，开发出了适合中国风电发展的风电功率预测系统。
4 结论
风电的快速发展和大规模接入电网赋予了电力系统电压稳定新的研究内容。不同的系统面临的电压稳定问题可能有较大的差异，即使同一个电力系统，不同的发展时期，网架结构的差异、负荷特性的差异以及风电接入容量的差异均使系统的电压稳定问题变得不同，需要区别对待和解决。为了风电接入系统后的电压稳定应选择技术性能好的风机、尽可能地将风电场分散接入系统、风电场及系统其他节点的无功电源的快速有效响应、完善低压和低频减载装置。 另外，还应深入研究风机建模和进行风电接入系统后的长过程仿真。
参考文献
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