风电系统的接入对电网谐波的影响
风电场并网对电网的影响有哪些
风电场并网对电网的影响有哪些在当今能源转型的大背景下，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，得到了快速发展。
风电场的规模不断扩大，其与电网的并网运行也成为了电力系统中的一个重要环节。
然而，风电场的并网并非一帆风顺，它给电网带来了一系列的影响，需要我们深入了解和研究。
风电场的输出功率具有间歇性和波动性。
这是由于风能的随机性和不确定性所决定的。
风速的变化会直接导致风电机组输出功率的波动，而且这种波动在短时间内可能会相当剧烈。
当大量的风电机组并网时，这种功率波动会在电网中叠加和传播，给电网的频率稳定带来挑战。
电网频率是衡量电力系统运行稳定性的重要指标，如果频率偏差过大，可能会导致电网中的设备故障，甚至引发停电事故。
风电场的无功功率特性也对电网产生重要影响。
风电机组在运行过程中需要从电网吸收或向电网注入无功功率，以维持自身的电压稳定。
然而，不同类型的风电机组在无功功率的控制和调节能力上存在差异。
一些早期的风电机组可能无法有效地进行无功调节，这就可能导致电网局部电压的波动和偏差。
电压的不稳定不仅会影响电力设备的正常运行，还可能降低电能质量，给用户带来不良影响。
风电场的接入还会改变电网的潮流分布。
传统电网的潮流分布是基于固定的电源和负荷分布计算的。
但风电场的接入位置和出力大小是不确定的，这就使得电网中的潮流不再是固定不变的。
新的潮流分布可能会导致某些线路过载，而另一些线路则轻载，从而影响电网的输电效率和经济性。
为了应对这种变化，电网需要加强规划和改造，增加输电线路的容量或者调整电网的结构。
另外，风电场的故障穿越能力也关系到电网的安全稳定运行。
当电网发生故障时，风电机组需要具备一定的故障穿越能力，即在短时间内保持不脱网，并向电网提供一定的无功支持，以帮助电网恢复正常运行。
如果风电机组的故障穿越能力不足，大量风电机组在故障时脱网，将进一步加剧电网的故障程度，甚至可能引发连锁故障，导致大面积停电。
风电场的并网还对电网的电能质量产生影响。
海上风电场并网的影响及对策
海上风电场并网的影响及对策海上风电出力随机性强，间歇性明显，机组本身的运行特性和风资源的不确定性，使得风电机组不具备常规火电机组的功率调节能力。
因此，海上风电场并网会对电网的运行产生一定的影响，本章将从研究风电机组的电气特性出发，详细阐述风电出力的特点，进而指出风电场并网对电网的影响，最后给出相应的解决措施。
3.1 海上风电场并网的影响针对风速的随机性、间歇性导致海上风电功率的不确定性大，以及风电机组本身的运行特性使风电场输出功率具有波动性强的特点，需要从系统电压、频率以及系统的稳定性等方面研究海上风电场出力的特点和海上风电场并网对电网的影响，以提出相应的对策和解决措施。
3.1.1 风电出力的特点（1）风电出力随机性强，间歇性明显。
风电出力波动幅度大，波动频率也无规律性，在极端情况下，风电出力可能在0～100%范围内变化。
风电出力有时与电网负荷呈现明显的反调节特性。
风电场一般日有功出力曲线如图3-1所示。
图3-1 风电场一般日有功出力曲线可见，风电功率出力的高峰时段与电力系统日负荷特性的高峰时段（8：00—11：00，18：00—22：00）并不相关，体现了较为明显的反调峰特性。
一些地区全年出现反调峰的天数可占全年天数的1/3～1/2。
反调峰的现象导致风电并入后的等效负荷峰谷差变大，恶化了电力系统负荷变化特性。
（2）风电年利用小时数偏低。
国家能源局发布数据显示，2014年年底全国并网风电装机容量9581万kW，设备平均利用小时1905h。
其中，海上风电约38.9万kW，设备平均利用小时略高，可达到2500h左右。
（3）风电功率调节能力差。
风电机组在采用不弃风方式下，只能提供系统故障状况下的有限功率调节。
风电机组本身的运行特性和风资源的不确定性，使得其不具备常规火电机组的功率调节能力。
3.1.2 对电网的影响风电等可再生能源接入系统主要有以下问题：（1）通常风能资源丰富地区距离负荷中心较远，大规模的风电无法就地消纳，需要通过输电网输送到负荷中心。
风电并网对电能质量的影响及治理
风电并网对电能质量的影响及治理摘要：风力发电具有环保清洁的特点，是现在非常流行的一种可再生能源的一种利用方式，对缓解我国的能源危机，实现可持续发展战略具有重要意义。
我国风力发电经过一段时期的发展，已经具备一定的规模。
但是风力发电并网却对电能质量产生了一些不良的影响，严重阻碍了风力发电的持续发展。
因此，做好风力发电并网对电能质量影响的研究，积极采取措施进行治理，是我国现阶段不可推卸的责任。
关键词：风电并网；电能质量；影响及治理1风电并网对电能质量的影响1.1电压偏差问题电压偏差时风电并网对电能质量不良影响之一，主要是由于系统的无功功率不平衡引起的。
电压偏差的产生主要是在供电系统运行的时候，其在某一个节点中的电压与供电系统的额定电压所产生的差值，这个差值与供电系统的标称电压之间的百分数就叫做这个节点处的电压偏差，正常情况下来说，35kV及以下的供电系统的三相供电的电压正负的偏差绝对值是不超过其标称电压10%的，对于10kV以及以下的三相供电电压其允许的偏差是在标称电压±7%的范围内的，而对于220V的单相供电电压其偏差是在标称电压的7%-10%的范围内。
我们知道，电力系统的无功功率会进入输电网络，从而使得电路首末端产生较大的电压差。
在风力发电并网的过程中，虽然通过并联电容器补偿来调节电压，但是由于电容器投切过程中，存在调节不平滑的问题，也就是说，电力系统的负荷和发电机组的出力都是在不断发生变化的，电网的结构也随着运行的方式变化而变化，这就引起了电力系统运行功率不平衡，同时，这种调节是阶梯性变化的，无法实现最佳的补偿。
这也就导致了无功功率的波动，从而最终引起电压的偏差问题，影响电网的稳定运行。
1.2电压波动问题风电机组电压波动的原理主要是其线路阻抗上所存在的压降，输出功率中有功电流的分量作用在相应的线路电阻上，压降表示为R*Ir，输出功率中无功电流的分量作用在相应的线路电抗上，压降表示为jX*Im，这样就形成了一定的电压压降，当风电机组输出功率发生波动的时候，有功电流以及无功电流就会随着发生变化，从而引起电网电压的波动。
考虑风机谐波阻抗的谐波责任划分
China Science & Technology Overview油气、地矿、电力设备管理与技术考虑风机谐波阻抗的谐波责任划分王睿琦（西南交通大学电气工程学院，四川成都611756）摘要:本文旨在分析考虑风机谐波阻抗下风电场谐波责任划分，以永磁直驱型风机接入电网为例，以目前较为成熟的谐波责任计 算方法为基础，对风电谐波阻抗及谐波责任进行估算。
传统谐波责任估算方法由于存在系统侧谐波阻抗要远小于用户侧的假设,因此常 将用户侧谐波阻抗忽略，而作为用户侧接入电网的风电场，由于包含大量非线性元件，因此其谐波阻抗不能忽略。
本文根据风力发电场 的组成及相应的拓扑结构，建殳合适的风机和风电场电气谐波模型，用于估算风电场的谐波阻抗，并对传统主导波动量法的计算步骤进 行相应的改进，利用MATLAB 仿真软件，对谐波阻抗和谐波责任进行仿真计算并分析计算结果，用以验证本文方法的可行性，并总结一种 能够进一步降低估算误差的谐波责任估算方法。
关键词:风力发电；永磁直驱风机；电能质量；谐波阻抗；谐波责任划分中图分类号:TM711文献标识码:A文章编号:1671 -2064（2020） 12-0191-051谐波阻抗研究1.1研究背景随着电力系统的发展，电力系统逐渐由单一的大容量集 中式发电形式向分布式电源和集中式发电相结合的形式转变，提高了电力系统的稳定性，同时降低维护成本。
其中分布式 风力发电是应用较为广泛的分布式电源，是指采用风力发电机作为供电设备的分布式电源，单台风力发电机发电功率较 小，通过模块化设备组分布式的布置在用电负荷附近，能够 针对集中式大功率供电难以达到的地区以及负荷容量进行补足和替代，同时风力发电是一种无污染的可再生能源，不会对环境造成严重的破坏。
但同时风能的接入会对电网产生负面影响。
首先风能的 来源不稳定，其产生的电能具有随机性和波动性的特点，不利于电力系统的稳定运行。
其次近年来恒频、可变速的风机逐渐成为风力发电的主要机型，因此大量的整流逆变设备接 入电力系统，给电网带来了巨大的谐波问题，进而影响电网 中的电能质量。
风力发电对电网运行的影响
潮汐 能等 都得 到 了广泛 的应 用。 在 这种 社会 经 济 背景 下，风 力发
３ ． ２针对 电能质量不 良影响的措 施 风 电机 组与 电网末 端连接 时会 在一 定程 度上改变配电网功率流 动的单 向性 ，而事实上 这种问题在起初规划 中总会被 忽略 ，这种现象 在很大程度上增加了风电场周围电网运行 的安
全隐患 ，使之超出 了规定的安全范围，严重时
（ ２ ）对 电网电压等级和输 电方式进行 适
发 电对 于 电网运 行带 来的 不 良影 响，并提 出了几 点有 效的 解 决措
施 ， 以 期 从 根 本 上 促 进 风 力 发 电 与 电 网运 行 之 间 的协 调 发 展 。
候还会 引发 电压崩溃 。与此同时 由于风力发电 当的改变 ，例如用超高压输 电方式代 替高压输 电方式，并对 自动控制装置上 的输 电线路进行 在运 行过程 中会 向电网中注入大量 的电量 ，这 改造或换新，可以在一 定程度 上有效避免 电能 会严重感染到电网频 率和运 行稳定性 。此外也 质量受到风力发电的不 良影响 。 会导致短路问题出现增大 了母线 、开关等装置
我 国地 域辽 阔，风 力资源 丰 富的地 区不 在少数，这 类地区通 常电网都比较薄弱 ，负荷 量较小，周围环境对 风电功率也 带来 了一定 的
容量进 ，并做好详细记录，以便 为风电并网的 约束 ，因此调整 电网潮流分布是必要手段，但 建设和发展提供有利的参考依据 ，同时 也为电 是在这样也会影响到电网节点电压。风 能无法 力企业在短时 间内提高风力并网的技术 水平提
控制 ，而且稳定性较差， 同时也具有一定的间 供 良好 的技术支持。 （ ３ ）针制 定合理 的风 力发电并网调 度管 歇性 ，导致风 电机组的运行也呈现出波 动性和 理制度 并不 断改进和完善 ，科学预测风 电场风 电功率，保证风电机 组的积极作用可 以充分发
风力发电对电网的影响
风力发电对电网的影响一、引言：能源是推动社会进步和人类赖以生存的物质基础。
目前全球能源消耗的速度逐年增加，大量的能源消耗，以带来很多的环境问题，如环境变暖、生态破坏、大气污染等，并且传统的化石能源储量有限，过度的开采利用将加速其消耗力度，在我国由于长期发电结构不合理，火电所占的比例过大，由此带来了日益严重的燃料资源的短缺和环境污染问题。
对于可再生资源的开发和应用有着重大的前途。
在各种各样的可再生自然资源中，风能有很大潜力，风能在发电的技术上日益成熟，商业化应用的提高，是最具有大规模开发利用前景的可再生自然资源。
经济方面，风力发电成本的不断下降，同时常规能源发电由于环保要求的增高，随着风力发电技术的成熟，风力发电的成本将有进一步降低。
当风电装机容量占总电网容量的比例较大时对输电网的安全和经济运行都会带来击。
大风天气时风电出力增加，会造成严重的输电瓶颈。
此外，大规模风力发电对系统小干扰稳定、频率稳定及电压稳定都有着不同程度的影响。
风力发电功率输出的随机波动很大且不可控，预测精度较差，这对发电运行计划方式以及系统备用容量也都提出了新的要求。
二、风力发电机的类型分析风电并网的影响，首先要考虑风力发电机类型的不同。
同风电机组的工作原理、数学模型都不相同，因此分析方法也有所差异。
目前国内风电机组的主要机型有3种，每种机型都有其特点。
2.1异步风力发电机国内已运行风电场大部分机组是异步风电发电机。
主要特点是结构简单、运行可靠、价格便宜。
这种发电机组为定速恒频机沮，运行中转速基本不变，风力发电机组运行在风能转换最佳状态下的几率比较小，因而发电能力比新型机组低。
同时运行中需要从电力系统中吸收无功功率。
为满足电网对风电场功率因数的要求，多采用在机端并联补偿电容器的方法，其补偿策略是异步发电机配有若干组固定容量的电容器。
由于风速大小随气候环境变化，驱动发电机的风力机不可能经常在额定风速下运行，为了充分利用低风速时的风能，增加全年的发电量，近年广泛应用双速异步发电机。
风力发电对电网运行的影响及对策
风力发电对电网运行的影响及对策近年来，随着全球化石油能源的日益匮乏，加上日本地震带来的核电警示，加快包括风电在内的安全性清洁能源产业的发展已成为大势所趋。
大规模的风力发电需实现并网运行，国外风电大国虽然对风力发电和电网运行积累了一些经验，但由于我国电网结构的特殊性，风力发电和电网运行如何协调发展已成为风电场规划设计和运行中不可回避的最重要课题。
一、我国风力发电对电网运行的影响我国风力资源的富集地区，电网均比较薄弱，风力发电对电网运行的影响主要体现在电网调度、电能质量和电网安全稳定性等方面。
1.1对电网调度的影响风能资源丰富的地区人口稀少、负荷量小、电网结构薄弱等特点，风电功率的输入必然要改变电网的潮流分布，对局部电网的节点电压也将产生较大的影响。
风能本身是不可控的能源，它是否处于发电状态和所发电量基本取决于风速状况，而风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组发电量具有较大的波动性和间歇性，并网后的风电场相当于电网的随机扰动源，具有反调节特性，需要电网侧预留出更多的备用电源和调峰容量，由于风力发电的不稳定性，增加了风力发电调度的难度。
1.2对电能质量的影响风电机组输出功率的波动性，使风电机组在运行过程中受湍流效应、尾流效应和塔影效应的影响，造成电压偏差、波动、闪变、谐波和周期性电压脉动等现象，尤其是电压波动和闪变对电网电能质量影响严重。
风力发电机中的异步电动机没有独立的励磁装置，并网前本身无电压，在并网时要伴随高于额定电流5～6倍的冲击电流，导致电网电压大幅度下跌。
在变速风电机组中大量使用的电力电子变频设备会产生谐波和间谐波，谐波和间谐波的出现，会导致电压波形发生畸变。
1.3对电网安全稳定性的影响电网在最初设计和规划时，没考虑到风电机组接入电网末端会改变配电网功率单向流动从而使潮流流向和分布发生改变的特点，造成风电场附近的电网电压超出安全范围，甚至导致电压崩溃。
大规模的风力发电电量注入电网，必将影响电网暂态稳定性和频率稳定性。
探析风光新能源接入对电网的谐波影响及抑制措施
探析风光新能源接入对电网的谐波影响及抑制措施
随着风光新能源的快速发展，越来越多的风电和光伏发电站被接入到电力系统中。
而这些新能源的接入，也会产生一定的谐波问题。
本文将从理论和实践两个方面，探析风光新能源接入对电网的谐波影响及抑制措施。
1. 植入频率谐波：风电和光伏逆变器的输出具有一定的频率扰动，这将导致交流电网中出现低次和高次频率谐波。
比如，直流到交流变换器所产生的基波频率为50Hz的高次谐波。
2. 电压不平衡：风光新能源的输入电压波形可能存在一定的失真，这会导致电网电压波形的失真，从而出现电压不平衡现象。
而这种电压不平衡也会进一步加剧谐波问题。
3. 额定电流谐波：由于电网电压的略微波动以及发电机与并网点间的容性无穷大连接，可能产生额定电流谐波。
4. 计量误差：由于谐波被计量错误，电网电力质量也会下降。
因此，谐波和噪声应该在计量和测试过程中得到适当处理。
1. 尽可能减少植入频率谐波源：通过采用高质量的组件和设计，可以减少植入频率谐波。
2. 按照相关标准设计电网：电力系统的设计应该符合相关的标准，比如IEC 61000-2标准。
3. 使用无功补偿装置：通过使用无功补偿装置，可以优化电网的无功电流，减少电流谐波。
4. 安装谐波滤波器：谐波滤波器可以有效地抑制不同频率的谐波。
5. 提高电网的供电质量：电网的供电质量是谐波抑制的关键。
因此，在进行风光新能源接入前，应该先对电网进行全面的质量检测和维护。
综上，风光新能源接入对电网的谐波影响是不可避免的。
但是，通过合理的设计和维护，可以有效地抑制谐波问题，维护电网的供电质量。
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风电场引起的谐波问题一般而言，理想电力系统应该具有单一频率，单一波形，若干电压等级的电能属性。
当电压、电流为同样波形、同频同相时为电能传输的最高效率模式。
这同样也是电力产品生产、传输、转换力求保证的最佳电能形式。
随着现在工业技术的发展，现代电力系统中正弦波形畸变的问题越来越受到重视。
在电力系统中在电力系统中，波形畸变一般情况下并不是任意的，多数畸变是周期性的，属于谐波范畴。
因此可用专业术语谐波来描述电力系统中的波形畸变。
由于新型的变速风力发电机组采用了大容量的电力电子器件，在向电网注入有功的同时也会注入谐波，因此风电场引起的谐波问题是必要重视的。
一谐波的定义谐波的概念起源于声学，表示一根弦或者一个空气柱以本循环的频率倍数频率振动。
把这个概念引入电学中，国际上公认的谐波定义为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍，我们也常称它为高次谐波。
用傅里叶级数表示谐波的含义，可将一个周期波形展开成傅里叶级数()()()[]()[]∑∑∞=∞=++=++=1001000sin sin cos h h h h h h t h C A t h B t h A A t f ψωωω注意：（1）所谓谐波，其次数h 必须为基波频率的整数倍。
（2）间谐波和次谐波。
在一定的供电系统条件下，会出现非工频频率整数倍的周期性电流的波动，分解出的傅里叶级数得出的不是基波整数倍频率的分量，称为间谐波。
频率低于工频的间谐波又称为次谐波。
二谐波电流的限值我国的国家标准GB —T14549——1993《电能质量公用电网谐波》规定了谐波电流的允许值。
标准电压KV基准短路容量MV A谐波次数及谐波电流允许值，A23456789101112130.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 6 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 10 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9 35 250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7 66 500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0 110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.7标准电压KV基准短路容量MV A谐波次数及谐波电流允许值，A1415161718192021222324250.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 6 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 10 100 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.1 35 250 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5 66 500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6 1107501.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.01.9当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，可按公式hP K K h I S S I 21换算 式中：1K S 为公共连接点的最小短路容量，MV A;2K S 为基准短路容量,MV A;hP I 为表中第h 次谐波电流允许值，A;h I 为短路容量为1K S 时的第h 次谐波电流允许值，A 。
三谐波产生的原因电力系统中，谐波是由于非线性备的存在而造成的。
对于风电机组来说，发电机本身产生的谐波是可以忽略的，谐波电流的真正来源是风电机组中采用的电力电子元件。
对于定速风电机组来说，在连续运行过程中，没有电力电子元件参与，因而也基本没有谐波产生;当机组进行投入操作时，软并网装置处于工作状态，将产生谐波电流，但由于这个过程较短，产生的谐波可以忽略。
变速风电机组产用大容量的电力电子元件，并网后始终处于工作状态，因此变速风电机组产生的谐波需要考虑。
四谐波的危害谐波对电力系统或并联的负载产生种种危害，危害的程度取决于谐波量的大小、现场条件等因素。
谐波的危害主要表现在以下几个方面： 1对电网的影响当系统中含有高次谐波时，并联电容器投入后，会产生使系统原有谐波放大的现象。
当系统的谐波感抗与电容器的谐波容抗相等时，就会发生谐振，对电力系统本身和电容器造成不利。
另外谐波的存在还会影响到潮流计算的有效性，增加网络损耗。
2对电气设备的影响谐波使各种设备出现故障，如使发电机负载加重，产生振荡转矩，转速同期性变化等等;使变压器铁心产生磁滞伸缩现象，噪声增加;使电缆容量减小，损失增加，老化加剧等;对电阻、保险丝、电压表等低压设备也有影响。
3对继电保护的影响谐波存在可能导致继电器发生误动作，对电磁型、感应型、整流型以及静态继电器都有影响。
4对通信线路的干扰对通信系统产生电磁干扰，使电信质量下降；使得重要的和敏感的自动控制、保护装置不正确动作；危害到功率处理器自身的正常运行。
五实例分析本文还是对15台30MW 风电机组成的风电场进行分析。
谐波潮流分析结果如下表所示谐波次数输出功率谐波电流谐波次数输出功率谐波电流2 1978.7 0.23 1993.3 0.110 1988.8 0.1 5 1981.5 0.714 20.7 0.1 7 1991.5 0.416 21.4 0.1 11 181.6 0.713 21.4 0.615 20.7 0.217 99.5 0.419 1950.7 0.123 1978.7 0.1最大总谐波畸变率0.95在最大总谐波畸变率处的输出功率1993.3 注：谐波电流畸变率小于0.1的情况忽略谐波次数 2 3 5 7 11113谐波电流畸变率0.2.1.7.4.1.7.6基波电流值2890A谐波电流5.782.892.2311.562.892.2317.34合成谐波电流0.1576.788.2545.1454.364.1425.1221接入点短路容量432.5MV A 基准容量2000MV A电流限值基值129.69.66.82.44.33.7电流限值2.5952.762.761.475.519.9298.8谐波次数141516171923谐波电流畸变率.1.2.1.4.1.1基波电流值2890A谐波电流2.895.782.8911.562.892.89合成谐波电流.24.47.24.814.24.24接入点短路容量432.5MV A基准容量2000MV A电流限值基值1.71.91.52.82.52.1电流限值.368.41.324.655.541.454风电场处于连续运行状态时，连接在公共连接点上的多台风力发电机组引起的谐波电流的计算公式如下ββω∑=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑tN i i hi h n I I 1式中t N ω为连接到公共连接点上的风力发电机数目；∑h I 为公共连接点上的h 阶谐波电流畸变；i n 为第i 个风力发电机组变压器的变比；hi I 为第i 个风力发电机组h 次谐波电流畸变；β为下表中给出的指数 谐波次数β5<h1.0 105≤≤h1.4 10>h2.0。