風(fēng)電場接入對崇明電網(wǎng)的影響分析

摘 ?要 ?隨著更多風(fēng)電場接入電網(wǎng)和風(fēng)電場的規(guī)模不斷擴大，風(fēng)電特性對電網(wǎng)的負(fù)面影響越來越顯著。深入研究風(fēng)電場接入對電網(wǎng)電壓、頻率、穩(wěn)定性等特性的影響，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展顯得尤為重要。筆者結(jié)合崇明電網(wǎng)情況詳細(xì)介紹了異步風(fēng)力發(fā)電接入系統(tǒng)的組成和風(fēng)電場接入對崇明電網(wǎng)的影響以及其解決措施。

關(guān)鍵詞 ?電網(wǎng)調(diào)度;異步發(fā)電;電網(wǎng)電壓;解決措施

中圖分類號：TM712 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）21-0034-01

隨著風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的規(guī)模也越來越大。風(fēng)電場的接入對原有電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及電能質(zhì)量都會產(chǎn)生一定影響，對電壓的影響尤為突出。原有風(fēng)電場在接入方式上存有一定的缺陷，主要是由于轉(zhuǎn)軸運行的線速度與風(fēng)力發(fā)電機組輪轂運行速度不能有效的掌控。其次原有電網(wǎng)調(diào)度的數(shù)據(jù)在人工設(shè)置的數(shù)據(jù)信息存有一定的差異性，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)在運行過程中電抗阻值始終偏小?，F(xiàn)有模式中電網(wǎng)調(diào)度全部都是由終端系統(tǒng)進(jìn)行掌控，這種措施改善了原有電網(wǎng)系統(tǒng)的缺陷，使之保證電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)運行。

1 ?異步風(fēng)力發(fā)電接入系統(tǒng)組成及運行原理

1）異步風(fēng)力發(fā)電組成結(jié)構(gòu)。異步風(fēng)力發(fā)電機組在處理做功時效問題上具有停滯性，輸送的風(fēng)力與轉(zhuǎn)化的電能之間的轉(zhuǎn)動慣性不能隨著電機的運轉(zhuǎn)自動的調(diào)節(jié)風(fēng)速，所以在動態(tài)特性上存有異步觀念。風(fēng)力機由葉片、齒輪、發(fā)電機組、輪轂以及外圍輪廓的齒輪變速箱組成，在分析異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)時，可做進(jìn)一步簡化，只要是因為葉片與輪轂之間存在著轉(zhuǎn)動慣量，在電力系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時，可做為第一階段進(jìn)行模擬。模擬階段中Pw代表風(fēng)力發(fā)電機組輸出運行功率，Pr代表異步風(fēng)力發(fā)電機組運行過程中的機械總功率，Vr代表發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸運行的線速度，Vm代表異步風(fēng)力發(fā)電機組輪轂運行速度，發(fā)電機產(chǎn)生的輸出功率Pw=Pr（Vm+Vr）（Vm-Vr）。

2）風(fēng)電場接線方式及規(guī)模。35 kV前哨風(fēng)電場通過35 kV風(fēng)哨377、風(fēng)哨378接入35kV變電站前哨站，風(fēng)機的單機容量為1.5MW，13臺風(fēng)機，總?cè)萘繛?9.5MW。110 kV前衛(wèi)風(fēng)電場通過110 kV中前1119接入220 kV變電站中雙港站，單機容量為2MW，30臺風(fēng)機，總?cè)萘繛?0MW。風(fēng)電場35kV系統(tǒng)母線上同步投運SVG無功補償裝置。110 kV北沿風(fēng)電場通過110 kV家沿1132接入220 kV陳家鎮(zhèn)站，單機容量為2MW）24臺風(fēng)機，總?cè)萘繛?8MW。

3）風(fēng)電場接入系統(tǒng)運行原理。風(fēng)電場接入系統(tǒng)運行過程中需要計算電力系統(tǒng)容量，筆者通過異步發(fā)電機組的運行方式，以此計算整個電力系統(tǒng)的容量。在接入運行期間，需要計算出風(fēng)機口的切入速度和切出速度。在現(xiàn)有模式中測定出的切入速度與切出速度的誤差在0.3%，其中Vi代表風(fēng)機的切入速度，Vo代表風(fēng)機的切出速度，Vt代表風(fēng)力發(fā)電機組的額定風(fēng)速，Pw代表風(fēng)力發(fā)電機組輸出運行功率，Po代表風(fēng)機發(fā)電組的額定輸出功率，根據(jù)公式可得：Pm=0 V

2 ?風(fēng)電場接入對崇明電網(wǎng)的影響

1）對電網(wǎng)電壓的影響。風(fēng)電場接入電網(wǎng)后會帶來閃變、諧波、電壓波動以及電壓不平衡等問題。國內(nèi)風(fēng)力資源好的地區(qū)一般離負(fù)荷中心比較遠(yuǎn)，風(fēng)速的波動會引起風(fēng)機吸收無功變化，如果風(fēng)電場的容量比較大，與崇明電網(wǎng)并網(wǎng)就會給電網(wǎng)帶來電壓不穩(wěn)定等問題，影響崇明電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2）對電網(wǎng)頻率的影響。風(fēng)電場容量在系統(tǒng)中總?cè)萘繘Q定了風(fēng)電場對電網(wǎng)系統(tǒng)頻率的影響程度。當(dāng)風(fēng)電場在系統(tǒng)中容量比例比較大時，其輸出功率的隨機波動性會對電網(wǎng)頻率產(chǎn)生較大的影響。對基于普通異步發(fā)電機的恒速風(fēng)電機組，當(dāng)電力系統(tǒng)頻率降低時風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速會相應(yīng)的降低，釋放出部分動能來參與系統(tǒng)的慣量響應(yīng)。目前的風(fēng)電機組在電網(wǎng)頻率發(fā)生改變時，風(fēng)機機組無法對電網(wǎng)提供相應(yīng)的慣量響應(yīng)，因此在頻率改變時風(fēng)電機組固有慣量對電網(wǎng)提供一個“隱含”慣量，無法幫助電網(wǎng)降低頻率變化的速率。

3）小信號穩(wěn)定性問題。小信號穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)震蕩特性和阻尼狀況的主要方法。風(fēng)電并入電網(wǎng)系統(tǒng)后，需要長距離輸送電力，潮流的變化會對電力系統(tǒng)的小信號的穩(wěn)定性造成一定程度的影響。風(fēng)力對系統(tǒng)的阻尼影響是不同的，系統(tǒng)特性值與對應(yīng)機組轉(zhuǎn)動慣量的靈敏度不同是造成不同的主要原因，靈敏度為負(fù)的話就會對系統(tǒng)阻尼產(chǎn)生不利影響。

4）暫態(tài)穩(wěn)定性問題。風(fēng)電場的接入改變了原有電網(wǎng)的潮流分布、線路傳輸功率等，而且由于風(fēng)力發(fā)電機組不同于傳統(tǒng)同步機組，風(fēng)電場的接入就會對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。網(wǎng)絡(luò)故障、風(fēng)速變化等都影響暫態(tài)穩(wěn)定性。相對于基于普通異步機的恒速風(fēng)機組，基于雙饋感應(yīng)電機的變速風(fēng)機組在電網(wǎng)發(fā)生故障時有更好的魯棒性，能夠增強電網(wǎng)故障后的穩(wěn)定性。

5）對電能質(zhì)量的影響。風(fēng)能的隨機性和風(fēng)電機能的特性影響著電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在并網(wǎng)風(fēng)電機組運行過程中，受到塔影效應(yīng)、風(fēng)剪切以及偏航誤差等因素的影響，造成風(fēng)電機組轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致輸出功率的波動。此外，如果風(fēng)電機組中電子控制裝置設(shè)計不當(dāng)，也會向電網(wǎng)注入諧波電流，引起電壓波形的變化，并且可能引發(fā)由諧振帶來的潛在問題。

3 ?風(fēng)電場接入對崇明電網(wǎng)影響的措施

1）對系統(tǒng)所能容納風(fēng)電場規(guī)模進(jìn)行計算。如果風(fēng)電場的并網(wǎng)容量過大，就會給電網(wǎng)的電壓、頻率帶來變化，使電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響。此外，風(fēng)電場出力具有不可預(yù)測性，這也給電網(wǎng)調(diào)峰帶來一定影響。所以，在風(fēng)電場介入前要結(jié)合崇明電網(wǎng)及電源情況對電網(wǎng)系統(tǒng)所能容納的風(fēng)電規(guī)模進(jìn)行計算。風(fēng)電場穿透功率極限和風(fēng)電場容量的比值來衡量系統(tǒng)可隨的風(fēng)電容量是目前國內(nèi)外常用的方法，需要根據(jù)崇明實際情況來計算風(fēng)電場接入規(guī)模，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

2）改善無功特性提高電壓穩(wěn)定性。為了確保正常情況下具有足夠的無功儲備，要優(yōu)化電場周圍的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增強周圍電網(wǎng)的穩(wěn)定性，在風(fēng)電場接入以及故障時能夠提供足夠的無功支持;避免風(fēng)電場設(shè)施過于集中，減少地區(qū)接入的風(fēng)電場總量。在電網(wǎng)發(fā)生故障時，可以將風(fēng)電場切除電網(wǎng)使其離網(wǎng)運行;風(fēng)電場側(cè)采用無功補償措施，使無功環(huán)流減少，無功功率就地平衡，不僅能降低電能損耗，也能提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。

3）附加改進(jìn)措施。在風(fēng)電場投產(chǎn)前對風(fēng)電場接入電網(wǎng)后的電能質(zhì)量進(jìn)行分析，對諧波污染不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的，在風(fēng)電場配置必要的濾波裝置;加強風(fēng)電場出力的預(yù)測工作并且把風(fēng)電出力納入電網(wǎng)的調(diào)度計劃中，降低對電網(wǎng)調(diào)度以及調(diào)峰的影響。

4 ?結(jié)束語

通過對風(fēng)電場接入崇明電網(wǎng)產(chǎn)生的影響分析，筆者提出了一些解決措施。電場工作人員要根據(jù)實際情況采取必要的措施減小風(fēng)電場接入對電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，更好的為人們服務(wù)。

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作者簡介

范宜杰（1975-），電力工程師，從事電網(wǎng)監(jiān)控運行、負(fù)荷預(yù)測工作。endprint