1.风能的发电原理。太阳的热辐射不均匀会
造成世界各地大气压力不均，这驱使空气沿着水平方向运动最后形成风。风力发电原理是风能使发电机的风力叶轮旋转，然后通过齿轮箱使风力发电机转子高速旋转，产生感应电动势。风力机将风能转换为机械能，然后转换成电能。
2.风力发电的历史。1887年，第一台小型风力发电机在苏格兰的一栋别墅中安装，用于房间照明。1888年，美国建筑师查理斯主持设计和建设一个风机转子达17米的大型风机，虽然它的功率只有12千瓦。世界上第一座风力发电试验基地于19世纪末在丹麦建成，用于对风力发电的研究。1931年，具有现代化身影的水平轴发电机在苏联克里米亚半岛的雅尔塔建成，它的功率为100千瓦，可以接到当地6.3千伏的电网上。
20世纪30年代的美国，风力发电机在离大城市比较远的地区，特别是西部很受欢迎。它们不仅可以磨面和提水，还可以发电，它们对这些地区的发展和社会进程产生了非常重要的影响。
我国20世纪80年代才开始接触有关风电方面的技术。由于风电的技术要求高，我国并未大规模发展风电，当时很多风机都需要从欧美国家进口。1986年经政府同意，在山东建成了第一个示范性风电场，但当时的发电机组是进口的55千瓦的风电机组。1989年新疆达阪城和广东南澳风电场成立，并于当年并网发电。我
国政府部门也认识到化石燃料日益枯竭的现状，对风力发电技术，政府也比较重视。1996年提出大规模发展风电的《乘风计划》，主要是在鼓励发展我国自己的中型风力发电机制造技术，同时也提倡以技贸结合的形式与国外优秀企业合作。在建设大型风电场的同时，能够吸收它们的技术并消化，从而达到自主研发、设计和制造自己的风电设施的目的。1998年，新疆金风科技的发展在中国遥遥领先，成为当时我国最好的风力发电机厂家。
3.风力发电的意义和必要性。由于全球温室效应、环境污染和化石燃料的日益枯竭，目前各国政府的工作之重都是如何最大效益地对各种新能源进行开发和持续利用。除了水电，风力发电是新能源项目中技术最成熟的、最适合大规模商业发展的新能源项目。风力发电不排放产生温室效应的气体，可以大大减缓全球温室效应的速度；风力发电没有废气产生，能减轻全球的污染程度，改善自然界的空气质量；风力发电可以替代很大一部分化石燃料的燃烧，能优化能源结构，促进社会和经济的可持续发展。
根据一些科学家的推测，石油40年后就会枯竭，天然气60年后就会用完，煤炭200年后所剩无几。在人类的社会发展过程中，化石燃料的使用时间也是一小段而已，寻可持续新能源十分必要。我国是世界第一人口大国，人均能源消费量居世界第二，而对稀缺的资源，为了未来几代人的可持续发展，大规模发展风力发电是具有重大意义的。
风能是一种非常清洁的新能源，并且在全球的蕴藏量巨大，据估计全球可以利用的风能约为2百万兆瓦，
大约是全球每年燃烧的煤炭能量的3倍多。德国和丹麦的风力发电量分别占本国电力需求的4%和5%，我国80%的发电量靠煤，风力发电量及技术与欧美发达国家还有很大差距。大力发展我国的风力发电技术符合我国的可持续发展道路的需要。
二风电并网对电网的影响及措施
1.调峰。调峰机组：由于用电负荷和发电功率不均匀，在用电的高峰时刻，电网经常超负荷运行，为了维持电网稳定需要投入正常运行以外的备用发电机组，这些备用的发电机组就叫调峰机组。
（1）对调峰的影响。理想的风电功率波动应该大约和用电负荷的波动保持一致。但由于风力发电的随机性，风力发电的波动常常和用户用电的波动相反，用电高峰期风力机不发电，用电少时风力机满发。由于风功率随风速变化率大，从而要求电力系统为之提供比较快的调峰速率。这时的风电的作用是“削谷填峰”，进一步扩大风电功率与用户负荷之间的差距，大容量风电机组会使调度变得更加困难，同时电网不得不采取保守方法预留很多备用容量，这样会加大电网的运行成本。
（2）采取的措施。在全国范围内增加用于调峰的正向、负向旋转备用容量。这种方法最直接但是会大幅度增加电网的建造和运行成本。
加强风电功率预测系统的准确性：当没有或在风电功率预测系统不完善时，电网往往只有采取储备容量
风力足够保守的方法，使风电功率的波动保持平衡；当风电功率系统比较精确时，电网调度部门就能像调度传统电力一样根据预测功率进行发电计划，大大优化电网的结构，减少多余的旋转备用容量，降低电网的建造和运行成本。因此，为了降低风电并网对电力系统的调度影响，提高风电功率预测系统是非常迫切和必要的。据报道，西欧已经完善风电功率预测系统的国家有丹麦和德国。
解决剩余电能的储能问题。风能是随机性、间隙性能源，可以将电网负荷小但风机发电多时的电能合理地储存，等到电网用电高峰时把电能释放出来，以降低电网负担。但目前世界各国的储能技术和设备还有待发展。
2.电压偏差。电压偏差，又称电压偏移，指供配电系统改变运行方式和负荷，缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之变化，各点的实际电压与系统的额定电压之差称为电压偏差。
（1）电压偏差产生原因。用电负荷和风力发电机出力随机性变化，在电力系统安全运行过程中无功的产生与消耗应该相等。系统无功不平衡时会有大量的无功流经变压器和供电设施，这会在变压器和供电设施的末端产生电压偏差。系统无功不平衡是产生电压偏差的根本原因。
（2）偏差过大的影响。对电网影响：电压偏差过低会降低输电线路的功率，降低输电效率，使有功和无功的损耗增多，
风力发电并网对电力系统安全的影响及应对措施
李建军
风能发电原理运营指南
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2014年第8期
2014年第8期还可能出现系统频率不稳定，造成系统崩溃；系统电压偏高会使电气设备的绝缘皮老化速度加快，使设备提前报废，还可能出现绝缘皮被击穿现象，造成短路。这都严重影响电力系统的安全和稳定运行。
对用电设备的影响：电压偏低会影响用电设备的正常工作，一些用电设施无法开机，电子仪器会由于电压不足或电压过高而产生错误的数据。纯电阻设备会因电压偏低而影响发热效率；电压偏高也会影响电子产品的运行效率，也可能由于电压或者电流超出额定电压的允许范围而损坏。
对未来发展影响：限制风电装机容量的大小，对未来风电的发展前景会造成很大影响。
（3）采取的措施。调节无功平衡：系统无功不平衡是产生电压偏差的根本原因，那么可以在风电站或电网中安装动态无功补偿器，以吸收或者补偿系统中的无功量，使之尽量达到平衡，不仅可以提高设备利用率，还可以调整电压。
发电机端调压：若供电线路短，可以在发电机端调整励磁电流大小来调整发电机母线电压，这种方法最直接、最经济。
变压器端调压：可以根据电压的偏差范围调整变压器两段电压的大小以达到稳定电压的目的。
3.电网稳定。大规模风电接入的电网中，风电会对电网
暂态稳定性造成影响。
暂态稳定：电力系统暂态稳定指的是电力系统受到大干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力。
（1）大规模风电对电网暂态稳定影响。如果一个区域电力系统足够强大，当电网电压在电力系统发生故障并清除后可以恢复到正常状态，这个区域的电力系统暂态稳定就有保证。若该地区电力系统比较脆弱，当电气系统发生故障并清除后无法恢复到正常电压，异步发电机（大部分风机都是这种类型）定子无法提供正常的电压、频率，引起风机运行异常，该地区失去电力系统暂态稳定性，风电场通过保护装置切除来保护自己和电网的安全。当故障严重如电压跌落严重时，集中运行的风力机在瞬时解列，这会造成连锁反应，加重故障，甚至可能导致系统振荡和电压崩溃。
（2）采取的措施。低电压穿越能力（LVRT ）：风力机在电网发生故障时和故障后能继续并网运行并能
穿过这段故障期，这种能力叫做风电机组的低电压穿越能力。图1为某风机具有低电压穿越能力的示意图：
图1风机具有低电压穿越能力的示意图
从上图可以看出，a.当电网发生故障时，若电压突然降落到20%时，风电机组能运行625ms 。b.故障后2秒内电压回落到90%时，风机还能继续运行。
风电机变频器对电网故障特别敏感，只要有轻微故障，风机的保护装置就会使风机切除电网，当风电装机容量较大时，若风电机组没有低电压穿越能力，电网故障就会使成片的风电机组从电网中切除，这不但没法恢复电力系统，还可能加剧故障，最终发生系统崩溃。因此，为了保护电网和供电设施的安全有必要使所有风机都具有低电压穿越能力。
加强电网黑启动能力。电网黑启动是指整个系统因故障全部停电后，利用自身的动力资源（柴油机、水力资源等）或利用外来电源带动无自启动能力的发电机组启动达到额定转速和建立正常电压，有步骤地恢复电网运行和对用户供电，最终实现整个系统恢复的过程。
4.谐波。电力谐波：在电力系统中，理想的发电厂发出的
电是正弦波。但电流通过某些电子元件时，电流波形变成一个近似的正弦波，这种畸形的正弦波都是周
期性的，这就叫谐波。
恒速风力发电机由于和电网直接相连，没有电力电子转换器，所以没有谐波。为了提高风能利用率，现在大部分风机都是变速恒频发电机。转子通过变频器接入电网。变频器属于电子电力功率转换器，这样会产生巨大的谐波，对电网造成比较严重的谐波污染。
（1）影响。谐波使电网降低了电能利用率，增加电网的谐波损耗，可使设备过热还可能引发火灾；还会使设备产生机械振动和噪声，加快设备的绝缘老化速度，使设备提前报废，发生事故；还可使保护装置误动，影响设备的运行。
（2）采取的措施。优化风力发电机变频器的设计，从根本上减少谐波的产生。
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（作者单位：大唐河北发电有限公司马头热电分公司）
1．21．11.00．90．80．70．60．50．40．30．20．1并网点电压（p u ）
电网故障引起电压跌落
风电机组可以从电网切出
要求风电机组不脱网连续运行
-1
0.6251
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时间（S ）
运营指南
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