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摘 要：风能作为一种清洁能源，越来越受到各个国家的重视。世界范围内风电装机容量一直在增加。随着装机容量的增加，风力发电对电网的影响也越来越明显。介绍风力发电的并网条件及并网特点，不同风力发电机与电网的并入方式；介绍风电并入电网对电网的影响和我国的电网结构及内蒙古地区电网的大概结构。
关键词：风力发电 并网 风电场
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）002-076-02
1 风力发电概述
1.1 风力发电形式
风力发电有两种：一是离网发电；二是并网发电。目前中国的风力发电还处于试点阶段，并网发电的技术不够成熟。比较成熟的是北欧和美国。并网并不是一件很简单的事情，能够并网的电流具备正弦波交流50HZ，另外还有电压和功率等。
风机的离网应用有多种多样，主要可以分为以下几类：
（1）为蓄电池充电：这种应用大多是指单一家庭住宅使用的小型风力发电机。
（2）为边缘地区提供可靠的电力，包括小型和无人值守的风力机。风力发电机通常与蓄电池相连，而且也可以与光电池或柴油发电机等其他电源联机，为海上导航和远距离通信设备供电。
（3）给水加热：这种系统多用于私人住宅。典型的用法是将风力发电机直接与浸没式加热器或电辐射加热器相连。
（4）边远地区的其他使用：包括为乡村供电、为小型电网系统供电，以及为商业性冷藏系统和海水淡化设备供电。在离网风力发电系统的应用中，占主导地位的是利用风力发电机为蓄电池充电。这类风力发电机的转子直径通常小于5m，而且其额定功率低于1000w。独立的风电系统主要建造在电网不易到达的边远地区。
1.2 风力发电的特点
风力发电与火力发电相比，有其自身的缺点和优点，主要有：（1）装机规模灵活，可根据资金情况而决定一次装机的规模。（2）它是一种不污染环境，也不消耗资源的清洁能源，所需的动力只是自然界中的风。（3）投入资金少，有一台风力机的资金就可以安装一台，投产一台。（4）建设周期短，比如说建设一个万瓦级的风电场周期不到一年。
2 不同类型风力发电机组的并网方式
在风力发电上应用到同步发电机有两种机械联结方式：（1）取消变速齿轮箱，把风轮轴与发电机直联，并且把发电机做成低速同步发电机。同步发电机的并网比较复杂，需要一整套并网措施；（2）通过变速齿轮箱，做成高速同步发电机。
2.1 异步风力发电机并入电网的方法
调整负荷是靠异步发电机并入电网时滑差率来调整的，对机组的调速要求不像同步发电机那么严格精确，因为其输出的功率与转速几乎成线性关系，异步并网只是需要电机转速靠近发电机同步转速时就可以并入预定电网，并没有调步的操作和同步的设备。目前国内使用的异步发电机并入电网的方式有直接并网、降压并网和通过晶闸管软并网。
2.1.1 直接并网方式
并网时发电机的相序与电网的相序相同是这种并网方法的要求，完成自动并网是当风力驱动的异步发电机转速接近同步转速时即可，系统中的测速装置在一定的条件下发出一个信号，系统接收到信号后空气开关自动合闸，由此自动并入预定的电网。虽然，直接并网方式相比于同步风力发电机的准同步并网是容易些，简单点，但这种并网方式只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下。之所以这种并网方式只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下，是因为直接并网时会出现较大的冲击电流及电网电压下降。
2.1.2 降压并网方式
为了降低并网时候合闸瞬间冲击电流的大小，同时为了不使这时的并网的电网电压下降的幅度不要过大，这种并网方式在并网电网和异步风力发电机中间串联了或者是电抗器或者是电阻。这种并网方法是适用于百千瓦级以上的大容量机组，因为电阻、电抗器等元件要消耗功率，在发电机进入稳态运行后将其迅速切除。
2.1.3 通过晶闸管软并网方式
要想使风电并入电网时不会对电网产生很大的冲击，就需要使并网瞬时的电网的冲击电流限制在一个很小的区间内，而通过晶闸管软并网这种并网方式可以得到一个相对平滑的并网过程，其独特之处就是严格控制晶闸管的导通角，从而实现平滑稳定的并网，不致于对电网产生很大的冲击。让晶闸管器件的特性要一致、稳定以及触发电路可靠，这是它也对晶闸管触发电路提出了严格的要求。要想保证可控硅导通角在0到180度范围内同步逐渐增大，要想保证发电机三相电流平衡，只有发电机主回路中的每项的双向晶闸管特性一致，并且控制极触发电压、触发电流一致，全开通后压降相同，否则会对发电机不利。
2.2 自同步并网方式
同步发电机在转子未加励磁就是自同步并网，励磁绕组经限流电阻短路的情况下，由原动机拖动将同步发电机转子转速升高到接近同步转速（约80%-90%同步转速）时，将发电机投入电网，再立即投入励磁，靠定子与转子之间的电磁力作用将发电机自动牵入同步发行。这种并网方式尅从问题的根源排除非同步合闸的这种可能，因为同步风力发电机在并入电网时并没有加励磁电流。这种并网操作简单，是不需要复杂的并网装置，并且并网过程迅速。
2.3 准同步并网方式
在同步风力发电中，风力发电机的转速、频率及极对数有确定的关系，这个关系式：f=pn/60。式中：f-发电机产生的交流电频率；n-风力发电机的转速；p-发电机的极对数。
准同步并网方式将风电并到并网电网中，需要满足几个条件：（1）发电机的电压相序与电网的电压相序相同；（2）发电机的电压等于电网电压，并且电压波形相同；（3）要求并网风力发电机的频率和并网电网的频率相同；（4）在合闸那会儿，电网电压的相角和风力发电机所发电压的相角一致；
3 风能并到电网里时对并网电网的的影响 3.1 风力发电对电能的稳定性及质量的影响
随着各地风电场的陆续上马和投产， 大家广泛的关注风力发电对电网电能质量的影响。风力发电对电网的影响主要表现为：电压波动、电压闪变、电压跌落及谐波等。这是由于上述风电场并网运行的特点，特别是风能的随机性和并网风组的运行特性，可能影响电网的电能质量。据研究可知并网风电机组输出的功率波动是风力发电引起的电压波动和闪变的根本原因。由相关的知识知道，空气的密度 、风速V、桨距角 和叶轮转速 的变化会影响机组的功率的输出。其实，桨距角 和叶轮转速 ，减小风电机组的波动是可以通过现代的先进的风电机组能够进行很好地控制。由于风的随机性和波动性以及不可预知性，风电的出力是随机波动的，此时电网的的有功功率和无功功率也会发生大的波动性，这样就导致了并网电网的闪变和不稳定性。由此，风电机组的出力变化主要是由于风速的变化而引起的。另外，已经并入电网的风机在持续的运行中，会使风电机组输出功率存在周期性的波动的原因有：湍流、塔影效应、偏航误差、风力机尾流效应以及风电机组的频繁启停。随着风机电机容量的增加，风的随机波动性对风力发电的影响阅历啊月明显，当风电出力波动较大时，从而会引起较大的电压波动。
3.2 对电网稳定性的影响
由于风力发电场接入电网时会有很多问题，所以就目前风电并网的情况来看，风力发电场一般都是建在电网比较薄弱的地区，并网时是在电网末端进行并网。并网后会对系统稳定性产生影响是由于风力发电的接入，使电网单向流动的特点被改变，电网单向流动被改变之后又导致系统潮流分子发生改变。
3.3 对电力调度与日常发电计划的影响
由于风电的不可预测性，所以并不能像我们以前使用的电源一样，对风电进行准确而又可靠地出力预测。更不能指定出一个合理的发电计划，并将这个计划实施，这一切主要是由于自然界中的风是不可控制的，是随机的，且很难根据实际进行准确评估。若我们把一个风力发电场看作是一个的负荷，因为风能的波动性，对于这个负的负荷我们并不能进行准确的评估；若我们把风力发电场看作是一个日常使用的电源，而它的有效性又无法得到保证。一般一个地区，并入该地区的风力发电不能超过该地区总电力的5%～10%，否则会给整个电网带来很大的影响。
4 结论
现在全球都面临一个严重的问题——能源短缺，各国政府及自己所能在开发新能源，而风力发电则是各国争先发展的新能源产业。风力发电没有任何污染，建设周期短，相比火力发电其成本低，对于我国来说，由于大型风力发电设备主要是进口，成本相对偏高，但随着我国大型风力发电设备国产化，将逐步降低风力发电成本。随着科技的进步，风力发电技术越来越成熟，这也将进一步促进风电的发展，从而为新能源发展，低碳生活作出更多的贡献。
关键词：风力发电 并网 风电场
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）002-076-02
1 风力发电概述
1.1 风力发电形式
风力发电有两种：一是离网发电；二是并网发电。目前中国的风力发电还处于试点阶段，并网发电的技术不够成熟。比较成熟的是北欧和美国。并网并不是一件很简单的事情，能够并网的电流具备正弦波交流50HZ，另外还有电压和功率等。
风机的离网应用有多种多样，主要可以分为以下几类：
（1）为蓄电池充电：这种应用大多是指单一家庭住宅使用的小型风力发电机。
（2）为边缘地区提供可靠的电力，包括小型和无人值守的风力机。风力发电机通常与蓄电池相连，而且也可以与光电池或柴油发电机等其他电源联机，为海上导航和远距离通信设备供电。
（3）给水加热：这种系统多用于私人住宅。典型的用法是将风力发电机直接与浸没式加热器或电辐射加热器相连。
（4）边远地区的其他使用：包括为乡村供电、为小型电网系统供电，以及为商业性冷藏系统和海水淡化设备供电。在离网风力发电系统的应用中，占主导地位的是利用风力发电机为蓄电池充电。这类风力发电机的转子直径通常小于5m，而且其额定功率低于1000w。独立的风电系统主要建造在电网不易到达的边远地区。
1.2 风力发电的特点
风力发电与火力发电相比，有其自身的缺点和优点，主要有：（1）装机规模灵活，可根据资金情况而决定一次装机的规模。（2）它是一种不污染环境，也不消耗资源的清洁能源，所需的动力只是自然界中的风。（3）投入资金少，有一台风力机的资金就可以安装一台，投产一台。（4）建设周期短，比如说建设一个万瓦级的风电场周期不到一年。
2 不同类型风力发电机组的并网方式
在风力发电上应用到同步发电机有两种机械联结方式：（1）取消变速齿轮箱，把风轮轴与发电机直联，并且把发电机做成低速同步发电机。同步发电机的并网比较复杂，需要一整套并网措施；（2）通过变速齿轮箱，做成高速同步发电机。
2.1 异步风力发电机并入电网的方法
调整负荷是靠异步发电机并入电网时滑差率来调整的，对机组的调速要求不像同步发电机那么严格精确，因为其输出的功率与转速几乎成线性关系，异步并网只是需要电机转速靠近发电机同步转速时就可以并入预定电网，并没有调步的操作和同步的设备。目前国内使用的异步发电机并入电网的方式有直接并网、降压并网和通过晶闸管软并网。
2.1.1 直接并网方式
并网时发电机的相序与电网的相序相同是这种并网方法的要求，完成自动并网是当风力驱动的异步发电机转速接近同步转速时即可，系统中的测速装置在一定的条件下发出一个信号，系统接收到信号后空气开关自动合闸，由此自动并入预定的电网。虽然，直接并网方式相比于同步风力发电机的准同步并网是容易些，简单点，但这种并网方式只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下。之所以这种并网方式只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下，是因为直接并网时会出现较大的冲击电流及电网电压下降。
2.1.2 降压并网方式
为了降低并网时候合闸瞬间冲击电流的大小，同时为了不使这时的并网的电网电压下降的幅度不要过大，这种并网方式在并网电网和异步风力发电机中间串联了或者是电抗器或者是电阻。这种并网方法是适用于百千瓦级以上的大容量机组，因为电阻、电抗器等元件要消耗功率，在发电机进入稳态运行后将其迅速切除。
2.1.3 通过晶闸管软并网方式
要想使风电并入电网时不会对电网产生很大的冲击，就需要使并网瞬时的电网的冲击电流限制在一个很小的区间内，而通过晶闸管软并网这种并网方式可以得到一个相对平滑的并网过程，其独特之处就是严格控制晶闸管的导通角，从而实现平滑稳定的并网，不致于对电网产生很大的冲击。让晶闸管器件的特性要一致、稳定以及触发电路可靠，这是它也对晶闸管触发电路提出了严格的要求。要想保证可控硅导通角在0到180度范围内同步逐渐增大，要想保证发电机三相电流平衡，只有发电机主回路中的每项的双向晶闸管特性一致，并且控制极触发电压、触发电流一致，全开通后压降相同，否则会对发电机不利。
2.2 自同步并网方式
同步发电机在转子未加励磁就是自同步并网，励磁绕组经限流电阻短路的情况下，由原动机拖动将同步发电机转子转速升高到接近同步转速（约80%-90%同步转速）时，将发电机投入电网，再立即投入励磁，靠定子与转子之间的电磁力作用将发电机自动牵入同步发行。这种并网方式尅从问题的根源排除非同步合闸的这种可能，因为同步风力发电机在并入电网时并没有加励磁电流。这种并网操作简单，是不需要复杂的并网装置，并且并网过程迅速。
2.3 准同步并网方式
在同步风力发电中，风力发电机的转速、频率及极对数有确定的关系，这个关系式：f=pn/60。式中：f-发电机产生的交流电频率；n-风力发电机的转速；p-发电机的极对数。
准同步并网方式将风电并到并网电网中，需要满足几个条件：（1）发电机的电压相序与电网的电压相序相同；（2）发电机的电压等于电网电压，并且电压波形相同；（3）要求并网风力发电机的频率和并网电网的频率相同；（4）在合闸那会儿，电网电压的相角和风力发电机所发电压的相角一致；
3 风能并到电网里时对并网电网的的影响 3.1 风力发电对电能的稳定性及质量的影响
随着各地风电场的陆续上马和投产， 大家广泛的关注风力发电对电网电能质量的影响。风力发电对电网的影响主要表现为：电压波动、电压闪变、电压跌落及谐波等。这是由于上述风电场并网运行的特点，特别是风能的随机性和并网风组的运行特性，可能影响电网的电能质量。据研究可知并网风电机组输出的功率波动是风力发电引起的电压波动和闪变的根本原因。由相关的知识知道，空气的密度 、风速V、桨距角 和叶轮转速 的变化会影响机组的功率的输出。其实，桨距角 和叶轮转速 ，减小风电机组的波动是可以通过现代的先进的风电机组能够进行很好地控制。由于风的随机性和波动性以及不可预知性，风电的出力是随机波动的，此时电网的的有功功率和无功功率也会发生大的波动性，这样就导致了并网电网的闪变和不稳定性。由此，风电机组的出力变化主要是由于风速的变化而引起的。另外，已经并入电网的风机在持续的运行中，会使风电机组输出功率存在周期性的波动的原因有：湍流、塔影效应、偏航误差、风力机尾流效应以及风电机组的频繁启停。随着风机电机容量的增加，风的随机波动性对风力发电的影响阅历啊月明显，当风电出力波动较大时，从而会引起较大的电压波动。
3.2 对电网稳定性的影响
由于风力发电场接入电网时会有很多问题，所以就目前风电并网的情况来看，风力发电场一般都是建在电网比较薄弱的地区，并网时是在电网末端进行并网。并网后会对系统稳定性产生影响是由于风力发电的接入，使电网单向流动的特点被改变，电网单向流动被改变之后又导致系统潮流分子发生改变。
3.3 对电力调度与日常发电计划的影响
由于风电的不可预测性，所以并不能像我们以前使用的电源一样，对风电进行准确而又可靠地出力预测。更不能指定出一个合理的发电计划，并将这个计划实施，这一切主要是由于自然界中的风是不可控制的，是随机的，且很难根据实际进行准确评估。若我们把一个风力发电场看作是一个的负荷，因为风能的波动性，对于这个负的负荷我们并不能进行准确的评估；若我们把风力发电场看作是一个日常使用的电源，而它的有效性又无法得到保证。一般一个地区，并入该地区的风力发电不能超过该地区总电力的5%～10%，否则会给整个电网带来很大的影响。
4 结论
现在全球都面临一个严重的问题——能源短缺，各国政府及自己所能在开发新能源，而风力发电则是各国争先发展的新能源产业。风力发电没有任何污染，建设周期短，相比火力发电其成本低，对于我国来说，由于大型风力发电设备主要是进口，成本相对偏高，但随着我国大型风力发电设备国产化，将逐步降低风力发电成本。随着科技的进步，风力发电技术越来越成熟，这也将进一步促进风电的发展，从而为新能源发展，低碳生活作出更多的贡献。