關(guān)于大型風(fēng)電場接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟運營分析和實踐的探討

梁振飛

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型能源的應(yīng)用越來越廣泛，大型風(fēng)電場的建設(shè)越來越多，因此加強對大型風(fēng)電場的研究在新能源的運用有重要的作用，本文通過對大型風(fēng)電場接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟運營分析和實踐進行探討，對各種因素對大型風(fēng)電場的影響、采用的技術(shù)方案和經(jīng)濟效益情況進行分析，為風(fēng)電場接入電網(wǎng)的穩(wěn)定與用電安全提出一些自己的建議與思考。

關(guān)鍵詞：大型風(fēng)電場；影響；穩(wěn)定性；經(jīng)濟運營

1 大型風(fēng)電場接入電網(wǎng)穩(wěn)定運行的影響

1.1 潮流變化對電網(wǎng)的影響

“風(fēng)電作為優(yōu)質(zhì)化的電力，為人民生產(chǎn)生活和企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展提供了可再生的能源。隨著風(fēng)電規(guī)?；陌l(fā)展，逐漸成為我國的三大能源之一，推動著電力企業(yè)和電網(wǎng)的不斷發(fā)展。風(fēng)電的特征是我們應(yīng)當(dāng)要了解認識的。主要原因在于風(fēng)能具有不可控性，它是隨著季節(jié)和風(fēng)能的變化而變化的，風(fēng)電功率在晝夜間的不斷變化影響著電網(wǎng)潮流，影響著電網(wǎng)備用電容量以及上網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線潮流的穩(wěn)定。通過相關(guān)專家分析，獨立電網(wǎng)中，依據(jù)電網(wǎng)備用容量以及架構(gòu)裝機容量，風(fēng)電占到總裝機容量的10%～20%之間?！?/p>

1.2 無功率的波動對電網(wǎng)電壓的影響

風(fēng)電網(wǎng)的無功電壓作為重要的參數(shù)，在電網(wǎng)中的影響較大。由于風(fēng)電場的風(fēng)速變化不定，且具有季節(jié)性，風(fēng)電場發(fā)電受風(fēng)速影響較大，電網(wǎng)的無功、有功很難做到平衡調(diào)度，電能的質(zhì)量難以做到保證，同時也會對電網(wǎng)電壓帶來一些問題，比如電壓波動、閃變、頻率偏差、諧波等問題。

風(fēng)力發(fā)電機在風(fēng)電場的裝機容量的接入點的不同對電網(wǎng)的影響是不同的，對系統(tǒng)影響大的一般是短路容量下的接入點。因此，分析風(fēng)電場對電網(wǎng)運行的影響不能單單從風(fēng)電網(wǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)進行分析，還需要從風(fēng)電網(wǎng)的波動狀態(tài)進行分析，在風(fēng)電網(wǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)下，分析風(fēng)電場的電力系統(tǒng)的潮流計算、運行方式、工作原理、數(shù)學(xué)模型、尾流效應(yīng)，不能把風(fēng)電場高壓母線簡單的看成是PU節(jié)點或者是PQ 節(jié)點。要求風(fēng)電場的電力系統(tǒng)有較高的有功或無功的平衡水平。同時還要分析電壓穩(wěn)定性與風(fēng)電場無耗的影響。

1.3 風(fēng)電場對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響

一般來說風(fēng)電機組的發(fā)電技術(shù)和常規(guī)同步的發(fā)電機不同，風(fēng)電機組的類型一般分為普通的異步發(fā)電機和變速的風(fēng)電機，其中變速風(fēng)電機采用的是雙饋感應(yīng)技術(shù)。風(fēng)電機組當(dāng)遇到電網(wǎng)故障時，暫態(tài)特征表現(xiàn)為：大規(guī)模的風(fēng)電與電網(wǎng)相接后，會改變電網(wǎng)的潮流分布、電網(wǎng)系統(tǒng)的慣量以及電網(wǎng)線路的傳輸功率。由此來看，大規(guī)模的風(fēng)電場與電網(wǎng)相接后，會對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定造成一定影響。

“風(fēng)電場機組的不同特性，對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性也造成不同的影響，從普通的異步發(fā)電機的風(fēng)電場來看，電網(wǎng)需要在機端增補電容器來彌補電壓不能調(diào)整的缺陷，一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，將不利于電壓的穩(wěn)定，通過對風(fēng)電場機組的功角暫態(tài)穩(wěn)定性進行分析，發(fā)現(xiàn)和常規(guī)的同步電機存在不同之處。此外，觀察雙饋式風(fēng)機發(fā)現(xiàn)，電壓雖然能被順利調(diào)整，但由于缺乏相應(yīng)的強勵功能，造成對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定效果不明顯?！?/p>

2 技術(shù)方案和實踐探討

2.1 風(fēng)電場電力接入使用的技術(shù)方案

（1）依據(jù)某電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃以及電廠構(gòu)架，采取多點接入、分類實施的方案，在每個電力上網(wǎng)接入點設(shè)定為10萬～20萬kW，鑒于110kV電網(wǎng)和220kV電網(wǎng)構(gòu)架穩(wěn)定性較強，對于上網(wǎng)輸送電力較為便利。應(yīng)按照就近原則進行負荷中樞變電站的接入，首先對當(dāng)?shù)刎摵蛇M行消化，避免出現(xiàn)向上一級電壓網(wǎng)架進行輸送電力的情況，保證接入點的潮流避免倒送，防止出現(xiàn)潮流發(fā)生大的變化。因此在不同的110kV和220kV的變電站接入。

（2）采用雙饋風(fēng)力發(fā)電機，比如目前在運行以及正在建設(shè)的344臺風(fēng)機都是采用了雙饋風(fēng)力發(fā)電機。

（3）采用升壓節(jié)能式的變壓器，比如使用可有載調(diào)壓，以便削弱對電網(wǎng)系統(tǒng)的不良影響。

（4）根據(jù)風(fēng)電季節(jié)性特征，保證主變?nèi)萘亢侠砥ヅ?，以便管理和運營，比如當(dāng)接入10萬kW的負荷時，主變會選擇兩臺2×5萬kV或者2×6.3萬kV，當(dāng)?shù)斤L(fēng)小的季節(jié)時，可停下一臺，以便減少空載的損耗。

2.2 風(fēng)電場內(nèi)部的電網(wǎng)安全等級情況

（1）風(fēng)機箱變選擇使用6.9/35kV S11型的歐式箱變，這種箱變是具備節(jié)能優(yōu)點。

（2）對于35kV的箱變高壓側(cè)，選擇使用具備遠程控制特征的負荷開關(guān)以及斷路器，遠程控制的特征使得操作更加的快捷、方便。

（3）35kV選擇過補償?shù)男‰娏鹘拥叵到y(tǒng)，這種系統(tǒng)存在消弧線圈。例如35kV、110kV的主變，加接地變由消弧線圈中心點接地，較小的電容電流采用消弧柜，以防單機接地出現(xiàn)振過電壓的情況。

（4）添加無功率補償?shù)脑O(shè)備，在箱變防雷上添加浪涌保護，通過使用較為先進的設(shè)備，充分提高了風(fēng)電場順利運行的水平。

3 已投入運營的風(fēng)電場經(jīng)濟效益情況

威海風(fēng)電場作為首個國產(chǎn)的兆瓦級示范化的風(fēng)電場，經(jīng)過國家發(fā)改委的批準(zhǔn)，選擇使用了大連重工風(fēng)電機組，通過華能集團建設(shè)成立。目前該風(fēng)電場的國產(chǎn)化率已經(jīng)達到了70%。

威海風(fēng)電場的二期項目投入之后，該風(fēng)電場的總裝機容量大約在6.9萬kW，成為當(dāng)前山東省具備最大裝機容量的風(fēng)電場。威海風(fēng)電場的運行，每年能夠節(jié)約大概48976t的標(biāo)準(zhǔn)煤，二氧化碳的減排量達到104512t，一氧化碳的減排量為11.29t，灰渣減排量為11711t，二氧化硫減排量為783t。當(dāng)年投產(chǎn)后能夠確保當(dāng)年就能盈利。目前威海風(fēng)電場連續(xù)兩年之內(nèi)都產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

研究大型風(fēng)電場接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟運營，通過分析比較多種風(fēng)電機組設(shè)備對電壓穩(wěn)定性的影響，為電廠設(shè)計接入技術(shù)方案，提高風(fēng)電場內(nèi)部電網(wǎng)安全等級，積極探索新能源的開發(fā)和利用。

參考文獻

[1]許洪亮.關(guān)于大型風(fēng)電場接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟運營分析和實踐的探討[J].中國科技縱橫，2015，（2）：184-185.

[2]林霞.大型風(fēng)電場并網(wǎng)對系統(tǒng)影響分析及其應(yīng)用研究[D].太原理工大學(xué)，2006.