伴随着人类社会的发展和科学技术的进步,面对日趋严重的环境与资源问题的挑战,从化石能源系统向以可再生能源为基础的可持续发展能源系统转变,已成为世界能源结构大变革的必然方向。在满足环境保护、节能减排及可持续发展要求的基础上，越来越多的分布式发电和分布式存储设备，需要并入电网运行。而在各种可再生能源发电形式中，风力发电以其技术和成本优势，已成为当前最具规模化商业开发前景的新能源发电形式。自2006年《中华人民共和国可再生能源法》正式实施以来，在过去的5年中,我国风能发电产业得到快速发展，同时也暴露出一些问题，尤其是“并网难”的问题成为制约新能源推广应用的瓶颈。

　　风能作为可再生能源的发电优势在于清洁、无污染,其不足之处在于它们是随机的能源,其与生俱来的不稳定性会对电网的调度、管理带来不便。对风力发电而言,还需要有配套的预报措施和储能装置,需要具备调峰能力,需要整个电网走向智能化;同时,我国风能资源丰富的地区往往是电网相对薄弱的地区,风力发电面临着电网不堪重负的问题;此外,风能和太阳能发电的成本仍高于常规能源,还需要国家实施电价补贴。因此,新能源发电要实现并网并且传输到负载终端,不仅要求发电企业加大投入保障发电的安全性与稳定性,而且要求电网企业加大电网建设和先进电网开发力度。

　　基于以上考虑,本文在阐述当前我国风力发电的基础上,对当前风力发电主流技术及其特点进行了分析,并进而从环保、噪声污染等方面分析了风力发电并网后所产生的一系列静态影响,分析了风电并网所带来的社会经济效益以及研究了风电并网对电网电压波动、网损及谐波等方面产生影响的原因和规律,以期对风力发电并入电网后对电网系统的影响进行系统探讨,为解决风电并网难的相关问题提供参考。

　　1 我国风力发电及并网发展情况

　　我国并网风电建设始于20世纪80年代,至今已有20多年的历史。在发展初期,风电建设速度缓慢,风电项目不仅规模小,装机容量不足1万千瓦,而且设备主要依靠进口,建设成本高,市场竞争力弱。到2 0 0 2年末,全国风电装机容量仅为45万千瓦,最大投运机组为600千瓦。近年来,随着风电技术进步和国家产业政策的扶持,我国风电得到快速发展。“十五”期间,中国的并网风电得到迅速发展。2006年,中国风电累计装机容量已经达到260万千瓦,成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一, 2008年累计装机增长率为106%,提前两年实现了“2010年装机1000万千瓦” 的国家规划目标。2005～2009年,我国风电并网装机容量以年均90%以上的速度增长。截至2009年底,我国风电并网总容量达1613万千瓦,同比增长92.26%。其中,2009年,风电电量为269亿千瓦时,同比增长105.86%,占总电量的0.75%(见图1 )。这些风电装机主要分布在“三北”及东部沿海省区,其中,内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、河北五省区的风电并网装机均突破100万千瓦,内蒙古达到500万千瓦以上。截至2010年底,我国风电并网容量达3107万千瓦。

图1 1992～2008年我国风电发展情况

　　与此相对的是,目前已经确定的我国七大千万千瓦级风电基地中,多数都没有建成配套的并网输出工程,面临着“车多路少”的尴尬。近年来,国内风电装机容量高速增长,风电并网容量虽然也保持着较快的增速,但风电场建设的速度大大超过了相关电网规划和建设的步伐,最终造成了国内风电并网容量大幅落后于风电装机容量的现实。在内蒙古风电装机容量已超过最高供电负荷的27%以上,但内蒙古电网通过优化调度,白天风电都能够满负荷运行。但是,到夜间低谷期,为保证城市居民供热,风电不得已采取全部“弃风”的措施,内蒙古电网无论夏季还是冬季均出现大范围控制风电出力的情况。在锡林郭勒盟灰腾梁风场,一些风电机组因上不了网而不得不晾在草地上“晒太阳”,有的风车已经晒了1年多。按照国家能源局的说法,内蒙古目前约有1/3的风电装机处于闲置状态。根据国家电监会2011年2月发布的《风电、光伏发电情况监管报告》,2010年上半年,国内风电场因风电无法上网而导致弃风高达27.76亿千瓦时。国务院政策研究室综合研究司一名负责人说,按照每千瓦机组1万元造价计算,全国闲置风电机组的总造价就达到500亿元。在内蒙古,风电接入电网距离少则几十公里,多则一、二百公里以上,风电接入单位投资达到火电接入的30倍以上,电网投资能力不能满足风电发展的需要等原因造成了风电接入电网方面的“卡脖子”问题。

　　2 风力发电及其并网运行特点

　　2.1 风力发电的基本原理

　　风力发电能量转换过程是:

　　风能→机械能→电能。风电机组的有功功率与风速特性曲线如图2所示。当风速小于切入风速Vcut-in(一般为3m/s),有功功率为零;当风速大于切入风速Vcut-in,风电机组投入运行,有功功率随着风速增大而增加;当风速达到额定风速Vr,有功功率达到最大值;当风速超过额定风速Vr,风机通过变桨距保持有功功率恒定为最大值;当风速超过切出风速Vcut-out(一般为25m/s,最新的5MW风机可达30m/s),风机将停机。

图2 风速与风电功率特性曲线

　　2.2 风电并网运行的主要特点

　　一般而言,大型风电场的并网运行多具有以下特点:

　　(1)输入风能的变化有随机性;风力发电以自然风为原动力,自然风不可控,并且风能很难大量存储,因此,风电机组有功功率规律性差,难以预测。

　　(2)大多风电场距电力主系统和负荷中心较远,所以一般风电场与薄弱地方的电力系统相连;风能资源丰富地区一般距离负荷中心较远,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。

　　(3)风电场单机容量小、数量多。风能的能量密度低,要获得相同的发电容量,风力机尺寸比相应的水轮机大几十倍,限制了风电机组的单机容量,目前世界上投运的最大风电机组仅为5MW。

　　(4)含异步发电机的风力发电机组运行时向电网送有功功率、吸无功功率;固定转速风电机组——异步发电机吸收无功功率,无功功率不可控;而变速风电机组——双馈异步电机和直驱风电机组——永磁同步机无功功率可控,目前国内风电机组一般按照恒功率因数控制(功率因数通常为1.0)。