大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)條件下的電力系統(tǒng)調(diào)度探析

李麗　侯鵬

摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對電能的消耗日益加劇。傳統(tǒng)的火力發(fā)電對非可再生資源的消耗日漸加劇，與此同時還帶來的了嚴(yán)重的污染；因此清潔無污染的風(fēng)力能源逐步發(fā)展起來。風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)，為電力系統(tǒng)的調(diào)度帶來了一系列的問題。風(fēng)能自身存在著非穩(wěn)定性隨機(jī)性和非連貫性，因此在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的比重在機(jī)組中所占較多時，電網(wǎng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定壓力就會增大。因此文章通過對該背景下電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性以及應(yīng)對方案進(jìn)行簡述，希望可以為此課題研究提供參考。

關(guān)鍵詞 風(fēng)電井網(wǎng)；電力系統(tǒng)調(diào)度探析

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0009-01

在環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，非可再生資源日漸減少的今天，可持續(xù)利用可再生的風(fēng)能作為一種環(huán)保型的綠色發(fā)電能源逐漸在電力輸出中占有了一席之地。加快發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，不但可以節(jié)省煤炭石油天然氣等非可再生資源的消耗，更能降低污染，提高環(huán)境質(zhì)量。然而風(fēng)能也有其自身存在的一些先天缺陷，如連貫性不穩(wěn)定等，因此在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大量進(jìn)駐電網(wǎng)運(yùn)行，并且實(shí)行大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)時，對電力系統(tǒng)調(diào)度的考驗(yàn)也隨之而來。因此，要在大規(guī)模的范圍內(nèi)將大量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并入主干電網(wǎng)運(yùn)行，就避免不了對風(fēng)電場的接入進(jìn)行測試，對主網(wǎng)電力系統(tǒng)的調(diào)度進(jìn)行綜合分析以及對風(fēng)力發(fā)電場進(jìn)行詳盡的規(guī)劃和合理的設(shè)計(jì)。

1 風(fēng)能發(fā)電的局限性

風(fēng)能雖然是一種綠色環(huán)保并且發(fā)展?jié)摿薮蟮男滦湍茉矗灿凶陨聿豢杀苊獾娜毕?，因此相比于水力能源的集中性和可操作性，但從穩(wěn)定性上來講，風(fēng)能發(fā)電都要遜色不少。因?yàn)榉€(wěn)定性，是風(fēng)能發(fā)電最大的短板。因此，如果想要大規(guī)模的并入主干電網(wǎng)，勢必因?yàn)槠渥陨砣毕?，造成主干電網(wǎng)運(yùn)行的不穩(wěn)定。

1.1 風(fēng)能的不穩(wěn)定性

不穩(wěn)定性是風(fēng)能發(fā)電最大的局限性，這是因其過程性本質(zhì)屬性所決定的。風(fēng)能的不穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為能源的不可控性、隨機(jī)性、間歇性、不穩(wěn)定性，發(fā)電機(jī)輸出電力大小完全取決于風(fēng)的朝向和速度。

1.2 風(fēng)能的不可儲存性

不可儲存性是風(fēng)能的又一局限性，因此在獨(dú)立發(fā)電機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行時，應(yīng)配有相應(yīng)的儲能設(shè)備以保證發(fā)電機(jī)組持續(xù)不間斷運(yùn)行。

1.3 電廠分部位置偏遠(yuǎn)

我國的大多數(shù)的風(fēng)電場都集中在西北、華北和東北地區(qū)，這些地區(qū)風(fēng)能資源非常豐富，然而風(fēng)能發(fā)電場所在的地理位置相對于其他發(fā)電場而言比較偏遠(yuǎn)。

2 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響

2.1 對電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響

風(fēng)能電場在大規(guī)模將并入電力主網(wǎng)系統(tǒng)時，由于支持風(fēng)能發(fā)電場運(yùn)轉(zhuǎn)的電能都屬于無輸出功的功率類型的電能，這將會直接降低電網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行時主網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。因此，在風(fēng)電大規(guī)模并入電力主網(wǎng)系統(tǒng)之前，必須要先調(diào)控好風(fēng)電場所需要的備用額度峰值和波動值，管控好風(fēng)電輸入主網(wǎng)的功率比例，這樣才可以保證并網(wǎng)后主網(wǎng)可以安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，主要影響風(fēng)力發(fā)電輸出質(zhì)量的是電壓存在的波動和閃變。這是由于風(fēng)力資源自身的不穩(wěn)定性造成，再加之風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身在運(yùn)行上的一些局限性，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成功率呈波動性輸出的現(xiàn)象。雖然大部分風(fēng)電機(jī)組采用的并入電網(wǎng)方式都是比較軟著陸的形式，但是在機(jī)組啟動初期，瞬間產(chǎn)生的高于正常值五至六倍額定電流，對主網(wǎng)進(jìn)行沖擊，在小容量的局部電網(wǎng)內(nèi)，局部主網(wǎng)會因?yàn)闆_擊電壓驟然下跌，進(jìn)而導(dǎo)致局部主網(wǎng)的電壓不穩(wěn)定。即便在機(jī)組正常運(yùn)行的狀態(tài)下，機(jī)組電能輸出的穩(wěn)定性依然受到風(fēng)速風(fēng)向等不受人為控制的自然因素的制約，因此電壓輸出的穩(wěn)定性依然會成為影響主網(wǎng)電壓的一個不穩(wěn)定因素，風(fēng)電機(jī)組的電壓會產(chǎn)生較大幅度的波動和閃變，增大了連接風(fēng)電機(jī)組的公共連接點(diǎn)的短路率；而且在環(huán)境風(fēng)速超過該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所能承受的最大輸入風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將會自動停止運(yùn)行，如果在同一時段所有機(jī)組同時退出，將會直接沖擊局部供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。與此同時，諧波也是我們必須要注意的一大問題。引起諧波的原因主要分兩種：一種是恒速發(fā)電機(jī)組輸入主網(wǎng)時的電子裝置軟啟引起的，短促可忽略不記的諧波，另一種是變速機(jī)組入網(wǎng)時裝置瞬啟動引起的諧波。對于變速機(jī)組來說，接入電網(wǎng)的過程是通過整流和逆變裝置來完成的，于是電子裝置切換帶來的頻率范圍如控制不好，會導(dǎo)致與發(fā)電機(jī)組連接在一起的補(bǔ)充電容與電網(wǎng)主線路的電抗發(fā)生諧振反應(yīng)，繼而產(chǎn)生的諧波反應(yīng)將會非常嚴(yán)重。

2.2 對電力系統(tǒng)發(fā)電計(jì)劃與調(diào)度的影響

在以往的常規(guī)型供電計(jì)劃中，所有發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和電力輸出都是在穩(wěn)定的電源和電壓可預(yù)測的承載性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。但在電力系統(tǒng)中大規(guī)模并入風(fēng)力發(fā)電場，就會受到風(fēng)力電廠輸出供電不穩(wěn)定性的影響，由此而帶來的不穩(wěn)定性對于整個供電計(jì)劃的制定和實(shí)施帶來的影響都是比較大的。因此，如果將風(fēng)電場并入主干電網(wǎng)的整體調(diào)度計(jì)劃，就必須將未來二十四小時的供電曲線全部預(yù)測出來。而且在每日計(jì)劃供電過程中，還要將由超出承載量的預(yù)期變化和發(fā)電機(jī)組的非計(jì)劃內(nèi)異常停運(yùn)等情況全部估算在內(nèi)。并且由調(diào)度中心提前半小時將風(fēng)電場預(yù)測報(bào)告以及在線計(jì)劃校正下發(fā)供電企業(yè)以及電廠。

2.3 對系統(tǒng)備用容量的影響

風(fēng)電機(jī)組的功率波動性是影響備用系統(tǒng)容量的一個重要因素，如果風(fēng)電功率的波動性與總輸出電網(wǎng)負(fù)荷相符合，就會起到自然調(diào)輸電波動節(jié)峰值的作用，反之，電網(wǎng)輸出中調(diào)峰的問題將會變得更加嚴(yán)峻。在風(fēng)能電場大規(guī)模并入供電網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)后，以總電網(wǎng)的可用調(diào)峰容量與用于平衡負(fù)荷波動的輸入功率兩者相抵，也可以對風(fēng)電并網(wǎng)所帶來的問題進(jìn)行改善。

3 結(jié)束語

風(fēng)能作為一種綠色經(jīng)濟(jì)環(huán)保型發(fā)電能源，有其非常大的發(fā)展?jié)摿蜐撛趦r值。然而在以后的一段時期內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電要逐步與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)競爭并取代傳統(tǒng)能源，大規(guī)模并入電網(wǎng)還需要將自身的局限性加以完善，盡最大可能將自身局限性為電力供應(yīng)系統(tǒng)所帶來的負(fù)影響降低或者消除。作者在文中闡述了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)中一些影響電力系統(tǒng)的因素，以及相應(yīng)應(yīng)對策略。希望本文的論述可以對該課題的研究有所助益。由于大規(guī)模將風(fēng)能發(fā)電并入電網(wǎng)系統(tǒng)在全世界上尚無非常典型成功案例可考究，因此對于這個問題的研究我們還應(yīng)當(dāng)不斷努力和深入挖掘。

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