智能電網(wǎng)背景下風(fēng)能接入對提高電網(wǎng)供電可靠性的影響分析

□魏曉東

智能電網(wǎng)發(fā)展以堅強(qiáng)、自愈、綠色為主要特征，新能源大量入網(wǎng)并獲得了蓬勃發(fā)展，風(fēng)能的接入有利于改變供電模式的單一性，提升電網(wǎng)調(diào)度的靈活性，從而提高電網(wǎng)的供電可靠性。本文以某風(fēng)電場接入地區(qū)電網(wǎng)為實例，分析智能電網(wǎng)背景下風(fēng)能的接入對提高電網(wǎng)供電可靠性的影響。

一、風(fēng)能接入后的電網(wǎng)特性分析

作為綠色環(huán)保的新能源，風(fēng)能接入電網(wǎng)是對傳統(tǒng)供電方式的有效補(bǔ)充。但風(fēng)能電力的隨機(jī)性會給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來一定影響，其影響如下:

(一)影響電網(wǎng)負(fù)荷潮流。由于風(fēng)力發(fā)電具有不穩(wěn)定的特性，隨風(fēng)況變化負(fù)荷也在實時變化，另外如果接入風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)越多，就越容易改變系統(tǒng)的潮流方向，而風(fēng)力系統(tǒng)發(fā)電所產(chǎn)生的有用功和無用功也會對調(diào)節(jié)方式產(chǎn)生影響，這些因素都會對電網(wǎng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響。

(二)風(fēng)力發(fā)電帶來的諧波污染。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，各種電子配件以及逆變裝置、補(bǔ)償裝置的存在都會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，主要是因為電子器件具有非線性，這些非線性帶來的諧波污染難以進(jìn)行有效去除，直接影響了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

(三)影響繼電保護(hù)的可靠性。風(fēng)力發(fā)電一般處于電網(wǎng)的末端，其供電等級較低，風(fēng)力機(jī)輸出主要以690V 為主，再通過配變電裝置以及匯流線路輸入主電網(wǎng)。一般情況下，電網(wǎng)以單方向過流保護(hù)為主，而風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的接入改變了單一的過流，改變了電網(wǎng)的潮流方向，電網(wǎng)繼電保護(hù)呈現(xiàn)雙向流動，這就使得傳統(tǒng)繼電保護(hù)存在風(fēng)險。

二、風(fēng)能接入提高電網(wǎng)供電可靠性的措施分析

(一)電網(wǎng)的供電可靠性指標(biāo)概述。電網(wǎng)供電的可靠性能夠反映電力公司電力供應(yīng)的質(zhì)量，反映供電可靠性的質(zhì)量，而可靠性也能夠反映出電力公司供電的需求滿足度。電網(wǎng)可靠性也是供電質(zhì)量評估的主要因素，主要包括兩個方面，安全度和充裕度，而評價指標(biāo)包括概率指標(biāo)和確定性指標(biāo)。而最常用的指標(biāo)主要有電力不足實際概率、電量不足期望、電力不足時間期望等。

(二)風(fēng)能接入后提高電網(wǎng)供電可靠性的措施分析。

1.裝設(shè)電力電子軟并網(wǎng)裝置。更換電子電器元件能夠有效提高電網(wǎng)的可靠性，例如可以采用雙向晶閘管進(jìn)行并網(wǎng)，這樣就能借助開關(guān)特性獲得平滑的并網(wǎng)過程，可以有效提高電網(wǎng)質(zhì)量，而且能夠?qū)㈦娋W(wǎng)電流限定在標(biāo)準(zhǔn)電流以下，避免繼電裝置出現(xiàn)意外。

2.采用新型的無功補(bǔ)償設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電器波動較大，對電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，針對這一問題，可以采用無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行改善，另外也可以采用靜止無功發(fā)生器裝置、并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置以及靜止無功補(bǔ)償器進(jìn)行改善，采用這些裝置能夠有效提高電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.采用方向型繼電保護(hù)裝置。根據(jù)風(fēng)電對潮流的影響，想要提高風(fēng)電入網(wǎng)后的可靠性以及安全性，就需要對原有繼電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級，要建立能夠適用新能源的電力保護(hù)系統(tǒng)，從根本上進(jìn)行優(yōu)化，預(yù)防誤動等情況的發(fā)生。

三、新能源應(yīng)用后提高電網(wǎng)供電可靠性的實例分析

(一)某地區(qū)風(fēng)電場接入項目簡介。P 縣城處于沿海地區(qū)，其風(fēng)力資源較為豐富，P 縣城目前的電網(wǎng)電壓為220KV，變電總?cè)萘繛?5MVA。為了提高縣城的用電供應(yīng)質(zhì)量以及供應(yīng)量，P 縣城準(zhǔn)備開發(fā)風(fēng)電項目，進(jìn)一步推動本地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高資源優(yōu)化配置。經(jīng)過調(diào)查了解，縣城將建造一個風(fēng)力發(fā)電廠，共安裝24 臺單機(jī)容量為2MW 的發(fā)電機(jī)組，變電站的輸出電壓為220kv。

(二)某地區(qū)風(fēng)電接入后采取的提升供電可靠性措施。

1.選擇可靠的接入措施。目前P 縣城安裝了50 臺2MW恒頻風(fēng)電機(jī)組，69 臺1.5MW 的風(fēng)電機(jī)組，采用五機(jī)一組的方式進(jìn)行送電，通過35KV 匯流線路先將電力送至220KV 升壓變壓器，然后再有220KV 大截面導(dǎo)線送至220KV 變電站與省電網(wǎng)相連，這樣就形成了風(fēng)電場接入電網(wǎng)，通過安裝線路保護(hù)裝置，風(fēng)電場的電力接入有了進(jìn)一步的保障，且風(fēng)電場都安裝有無功補(bǔ)償裝置電壓獲得進(jìn)一步的支撐，穩(wěn)定電網(wǎng)接入。

2.控制風(fēng)電的穿透功率系數(shù)。一般情況下，風(fēng)力發(fā)電中電機(jī)組要和常規(guī)機(jī)組并聯(lián)使用。如果不考慮網(wǎng)損，設(shè)風(fēng)機(jī)的輸出功率為PWTG，常規(guī)機(jī)組的輸出功率為PCG，電網(wǎng)負(fù)荷的功率為Pload，則Pload=PWTG+PCG?？紤]到風(fēng)能波動對系統(tǒng)供電可靠性的影響，應(yīng)限制接入系統(tǒng)的風(fēng)電容量在某一百分?jǐn)?shù)以下，即:PWTG≤KPload(K 為風(fēng)電的穿透功率系數(shù))

3.選擇合適的風(fēng)機(jī)機(jī)型。經(jīng)過市場調(diào)研和技術(shù)選擇，P縣城最終采用的機(jī)型類型為VESTAS V80 2.0MW，這種類型的機(jī)型具有恒頻調(diào)節(jié)的功能，具有雙饋式變槳變速機(jī)，能夠靈活調(diào)節(jié)風(fēng)葉的槳片距離，實現(xiàn)輸出功率的最佳狀態(tài)。另外，VESTAS V80 2.0MW 有良好的電壓無功控制能力，可以有效進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，能夠改善電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，實現(xiàn)并網(wǎng)的穩(wěn)定性。選擇合適的機(jī)型不僅能夠有效的提高風(fēng)力發(fā)電的效率，而且能夠保障風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性和整個電網(wǎng)系統(tǒng)的高效運行，能夠提高電廠的整體運作狀態(tài)。

4.使用先進(jìn)的無功補(bǔ)償設(shè)備。P 縣城為了采用集中補(bǔ)償方式，進(jìn)一步提高電網(wǎng)的供電能力以及供電質(zhì)量，在原有母線上裝設(shè)一組無功補(bǔ)償裝置，其容量為10，000kvar，其中包含一套鏈?zhǔn)?5kV ± 5000kvar 的SVG 型無功補(bǔ)償裝置和5，000kvar 電容器成套裝置，這些裝置的使用能夠有效降低電網(wǎng)的網(wǎng)損，提高電力供應(yīng)能力和電力質(zhì)量。

(三)某地區(qū)風(fēng)電場實際運行效果分析。P 縣城的風(fēng)力發(fā)電廠投入至今，運行一切正常，沒有出現(xiàn)過較大的電力事故以及人員傷亡事故，為P 縣城的電力提供了保障。在風(fēng)力發(fā)電場的檢測數(shù)據(jù)顯示，風(fēng)力系統(tǒng)運行良好，電壓、電能質(zhì)量符合正常運行標(biāo)準(zhǔn)，各項指標(biāo)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，與常規(guī)能源相比，風(fēng)力發(fā)電的投入使用提高了電能質(zhì)量，為P 縣城的電力供應(yīng)提供了供電保障。

四、結(jié)語

隨著我國電網(wǎng)朝著大型化、高電壓、交直流混聯(lián)方向發(fā)展，風(fēng)能入網(wǎng)也成為電力技術(shù)發(fā)展的新趨勢，風(fēng)電入網(wǎng)具有綠色、低碳、環(huán)保的長遠(yuǎn)優(yōu)勢。然而，風(fēng)能不穩(wěn)定性和隨機(jī)性也給其并網(wǎng)帶來影響，為了保證風(fēng)能的最佳利用和電網(wǎng)運行的最優(yōu)化，積極研究提高風(fēng)能接入后電網(wǎng)供電可靠性的措施，依然任重而道遠(yuǎn)。

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