风电场接入对电网电能质量影响的研究(3)
根据资源、土地、交通和电网条件确定近期具备开发条件的风电场址约有50个，分布在全国16个省(市，自治区)，其中新疆达坂城、内蒙古辉腾锡勒、河北张北、吉林通榆和广东南澳等场址均具备装机100MW的条件。从文献[10]中提供的数据我们可以看出，仅内蒙古和新疆两地风能可装机容量为1.9亿kW，相当于10个三峡电站的装机容量。
1983年，我国第一个风电场建于山东荣成，当时安装了3台丹麦Vestas55kW风力发电机。21世纪以来，我国的风力发电产业得到了较快的发展。2004年全国主要风电场有新疆达坂城(l号场+2号场总装机11.08万kW)、内蒙古辉腾勒(6.85万kW)、广东南澳(5.669万kW)、宁夏贺兰(5.525万kW)和甘肃玉门 (5.22万kW)。2004年底，我国己建成的风电场43个，风电装机容量达到76.4万kW，占电力总量的0.17%，其单机最大功率为 1.SMW。与世界发达国家相比，我国风电装机容量还有很大市场空间。
2005年中国除台湾省外累计风电机组 1854台，装机容量126万kW。共有59个风电场。分布在15个省(市、自治区、特别行政区)。与2004年累计装机76.4万kW相比，2005年累计装机增长率为65.2%[11]。
1.3 风力发电的特点
由于风能的特殊性，与常规的水火电系统相比风电系统具有很大的差别，主要表现在四个方面[12]。
（1）风能的随机性
风速随着大气的气温、气压、湿度、干度、太阳及月亮的活动和风电场地形地貌等因素的不同而不同，是随机和不可控的，这样作用在风力机叶片上的风能也就是随机的和不可控制的。
（2）风力机转动惯量大
风能密度分布相对比较低，为了尽可能捕获较多的风能，风力机转动的叶片直径必须做的很大，典型的商业化中大型风力发电机组转动叶片直径大概在20到60m之间。显然，巨大的转子叶片的直径，必然使得风力机具有较大的转动惯量。
（3）风力机与发电机之间的柔性连接
为了有效的转换风能，风力机转子由于受到风能转换效率（理论极限值是0.59）的限制，叶尖速率比入不可能很大，风力机的转子转动的速度不会很高，与发电机转动的速度相差比较大，发电机与风力机之间不能直接相连，必须通过一定变比的升速齿轮箱进行传动。这样发电机与风力机之间的刚性度大大降低。换句话说，风力机和发电机两大系统之间是柔性连接的。
（4）异步发电机
目前，大规模的风力发电系统一般采用异步发电机直接并网的运行方式。通常机端配备有补偿电容器组，以提供异步发电机在启动和运行时所需要的激磁无功。异步发电机的频率由大系统来决定，风能的变化将引起异步发电机转差的变化，相应地其注入电网的有功和吸收的无功也要随着风速的变化而变化，这将导致系统，特别是风电场附近电网母线电压的波动，严重时还可能引起电压闪变。随着电力电子的发展，新型的风力发电机可以选用变速恒频双馈异步发电机，则无须配备补偿电容器组[13]。这种变速恒频双馈异步发电机不仅能发有功功率，而且还能发无功功率，且能方便地调节有功功率和无功功率，使得风力发电系统具有较好的性能。
1.4 风电场并网引起的问题及研究现状
随着风力发电规模的不断扩大，风力发电在电网中的比例越来越大，风电场的并网运行对电网的电能质量、安全稳定等诸多方面的负面影响也随着风电场规模的扩大变得愈加明显，成为制约风电场容量和规模的严重障碍。主要面临下面一些技术问题：
（1）对电能质量的影响
风速变化、湍流以及风力机尾流效应造成的紊流会引起风电功率的波动和风电机组的频繁启停;风机的杆塔遮蔽效应使风电机组输出功率存在周期性的脉动。功率的变化将会使电网频率在一定范围波动，影响电网中频率敏感负荷的正常工作。风电功率的波动势必会引起电压的变化，主要表现为:电压波动，电压闪变、电压跌落以及周期性电压脉动等。另外，风电机组中的电力电子控制装置如果设计不当，将会向电网注入谐波电流，引起电压波形发生不可接受的畸变，并可能引发由谐振带来的潜在问题。