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

許洪亮

（國華（通遼）風(fēng)電有限公司，內(nèi)蒙古通遼 028000）

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

許洪亮

（國華（通遼）風(fēng)電有限公司，內(nèi)蒙古通遼 028000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的風(fēng)電場接入電網(wǎng)，促使風(fēng)電場規(guī)模的快速擴(kuò)大。由于風(fēng)電的特殊性，給電網(wǎng)帶來了一定影響，因此，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和有效開發(fā)顯得尤為重要。本文詳細(xì)闡述了我國風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)狀，并針對大型風(fēng)電場對電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行的影響進(jìn)行分析，提出了幾點有效措施。

大型風(fēng)電場 電網(wǎng)接入 運營 措施

由于我國豐富的風(fēng)能資源，帶動了我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，但是由于大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的輸送模式、輸電方案等出現(xiàn)了一系列問題，給配電主網(wǎng)帶來了嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致部分風(fēng)電場建成卻未投入使用。在這一背景下，對大型風(fēng)電場接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運營和實踐進(jìn)行深入分析勢在必行，具有十分重要的作用和意義。

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

作為專業(yè)化、規(guī)?；膰鴥?nèi)主力能源之一，風(fēng)電為人們的生活與生產(chǎn)提供了十分潔凈的能源，這種可再生的優(yōu)質(zhì)電力為電網(wǎng)的發(fā)展及電力工業(yè)的發(fā)展起到了較大的推動作用。但是風(fēng)電具有不穩(wěn)定性，會受到季節(jié)變化與風(fēng)能變化的影響，并且目前為止，風(fēng)能并不在可控范圍之內(nèi)，因此風(fēng)電功率的變化會對電網(wǎng)潮流造成直接影響。同時，由于晝夜變化較大，也會對電網(wǎng)備用容量造成影響。

1.2 風(fēng)電出力對電網(wǎng)電壓的影響

由于風(fēng)速變化具有隨機(jī)性，因此風(fēng)電場出力也具有隨機(jī)性特點，而這一特點造成風(fēng)電容量的可信度不高，給電網(wǎng)的有功平衡與無功平衡帶來了一定的困難，尤其在風(fēng)電容量比例高的電網(wǎng)中，容易出現(xiàn)較多的電能質(zhì)量問題。對于裝機(jī)容量較大的風(fēng)電場而言，在實際運行過程中，風(fēng)電場出力較大時則會使并網(wǎng)點的功率因素減小，造成電壓大幅度降低，嚴(yán)重影響電壓質(zhì)量；當(dāng)風(fēng)電場出力較小時會使并網(wǎng)點電壓大幅度提高，同樣會對電壓質(zhì)量造成影響。不同風(fēng)電場出力相關(guān)性反映風(fēng)電場之間發(fā)電出力變化趨勢的一致性，一般距離較近的風(fēng)電場，其出力變化趨勢較為一致，相關(guān)性也較強(qiáng)。例如，圖1為莆田、福州、漳州三個地區(qū)的風(fēng)電出力變化形狀，可見三個地區(qū)的風(fēng)電出力情況較為相似，最大與小小出力時間也較為接近，具有較大的同時率，因此這三個地區(qū)之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。

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

風(fēng)電機(jī)組采用的發(fā)電技術(shù)與常規(guī)同步電機(jī)的發(fā)電技術(shù)有所差異，其機(jī)組的基本類型包括普通異步發(fā)電機(jī)與基于雙饋感應(yīng)電機(jī)技術(shù)的變速風(fēng)電機(jī)組。電網(wǎng)發(fā)生故障后，電力系統(tǒng)的暫態(tài)特性與常規(guī)同步電機(jī)的不同之處在于：當(dāng)電網(wǎng)接入大規(guī)模風(fēng)電場后，風(fēng)電場會將電網(wǎng)原有的線路傳輸功率、潮流分布以及整個系統(tǒng)的慣量改變。因此，當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電場并入電網(wǎng)之后，會對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性造成一定的影響。

圖1 風(fēng)電出力過程片段

圖2 6.9/35kV S11節(jié)能型歐式箱變示意圖

2 采取的技術(shù)方案與實踐探討

2.1 風(fēng)電場電力接入技術(shù)方案

（1）多點接入，分類實施；首先，在充分了解某電網(wǎng)架構(gòu)及發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)上，針對該電網(wǎng)公司近年來風(fēng)電場的開發(fā)規(guī)劃進(jìn)行研究，并將其與電網(wǎng)的布局電源點發(fā)展規(guī)劃有機(jī)結(jié)合；其次，按照“多點接入，分類實施”的方式，將每10萬-20萬kW作為一個電力上網(wǎng)接入點，并分別從110kV和220kV變電站接入，此時110kV電網(wǎng)與220kV電網(wǎng)的構(gòu)架較為穩(wěn)定，有利于電力的上網(wǎng)輸送。同時，為避免在將電力輸送給更高一級的電壓網(wǎng)架時出現(xiàn)接入點潮流倒送情況，要盡可能就近接入負(fù)荷中樞的變電站，將當(dāng)?shù)刎?fù)荷先一步消化，以防出現(xiàn)較大的潮流變化。（2）選用雙饋風(fēng)發(fā)電機(jī)與升壓節(jié)能型變壓器；雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)屬于繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)采用了交流勵磁，能使發(fā)電系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)之間形成“柔性連接”，從而根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流以及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速對勵磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)輸出的電壓更加精確，滿足電壓輸出穩(wěn)定的要求；變壓器是電力行業(yè)中的主要耗能設(shè)備之一。根據(jù)相關(guān)資料顯示，我國變壓器的耗損總和占據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)電量總和的10%左右。因此，選擇升壓節(jié)能型變壓器勢在必行。（3）結(jié)合風(fēng)電季節(jié)特點；由于風(fēng)電的不穩(wěn)定性會受到季節(jié)影響，因此要結(jié)合風(fēng)電季節(jié)的特點，合理匹配主變?nèi)萘?，有利于管理運營。例如，在接入10萬kW負(fù)荷時，選擇兩臺2×5萬kVA或者2×6.3萬kVA的主變，在小風(fēng)季節(jié)將兩臺主變運行改為單臺主變運行，即可將空載損耗有效減少。

2.2 風(fēng)電場內(nèi)部電網(wǎng)安全等級的提高

（1）風(fēng)機(jī)箱變應(yīng)選用6.9/35kV S11型節(jié)能型歐式箱變，如圖2所示。

（2）35kV通過消弧線圈接地運行后補償小電流接地系統(tǒng)。如220kV主變應(yīng)加接地變，將消弧線圈的中心點接地，針對部分電流較小的電容裝置，可采取消弧柜，盡可能避免因單機(jī)接地造成諧振過電壓。

（3）35kV箱變高壓側(cè)應(yīng)采用可遠(yuǎn)程控制的斷路器和負(fù)荷開關(guān)，便于各項操作的遠(yuǎn)程控制，具有一定的安全性和便捷性。

（4）架設(shè)無功率補償裝置。由于箱變防雷有浪涌保護(hù)的作用，優(yōu)質(zhì)電氣設(shè)備的利用可實現(xiàn)風(fēng)電場的健康穩(wěn)定運行。

3 已經(jīng)投入運營的風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益情況

3.1 神華風(fēng)電項目

神華風(fēng)電基地投入運營后，風(fēng)能資源累積儲備量約為3745萬kW，逐漸形成“八大區(qū)域、五大基地”的風(fēng)電開發(fā)建設(shè)格局。風(fēng)電場遍布內(nèi)蒙古、河北、江蘇及黑龍江境內(nèi)，約20多個，風(fēng)電場裝機(jī)約為201萬kW，并網(wǎng)達(dá)157kW。該基地為社會提供了55億kWh的綠色電能，節(jié)約了205.7萬t煤炭資源，節(jié)水約1970萬t，減少了612.3萬t的二氧化碳和3.4萬t的二氧化硫的排放。與此同時，該基地還積極開展了風(fēng)電太陽能光伏發(fā)電互補工作，著手研發(fā)海上風(fēng)電場項目。神華集團(tuán)風(fēng)電在風(fēng)力發(fā)電市場上占有很大比重，占據(jù)了我國約60%的風(fēng)電份額，推動了我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3.2 威海風(fēng)電項目

由華能集團(tuán)建設(shè)的威海風(fēng)電場是第一個國產(chǎn)化兆瓦級示范風(fēng)電場，該風(fēng)電場采用的電機(jī)組為大連重工風(fēng)電機(jī)組，其國產(chǎn)化率可達(dá)到70%。在威海二期項目正式投入運營后，其總裝機(jī)容量達(dá)到了6.9萬kW，每年均可節(jié)約近5萬噸標(biāo)煤，減排10萬噸以上的二氧化碳與11噸左右的一氧化碳，同時，減排灰渣1萬噸以上、二氧化氯800噸左右，盈利水平一直處于良好狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)可有效解決風(fēng)電發(fā)展過程中的各項問題，實現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。但是，針對我國目前風(fēng)電發(fā)展的實際情況來看，還存在或多或少的問題，迫切需要技術(shù)人員和工作人員加強(qiáng)對其的重視，不斷總結(jié)和完善，以探索出更具適用性的電網(wǎng)接入技術(shù)，為推動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展夯實基礎(chǔ)。

［1］李春來，薛俊茹，孟可風(fēng) 等.關(guān)于大型光伏電站接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運營分析和實踐的探討［J］.科技信息，2012（36）：701-702.

［2］房芳.基于綠色經(jīng)濟(jì)的風(fēng)火電聯(lián)合運營規(guī)劃及效益評價研究［D］.華北電力大學(xué)，2013.

［3］高陽，歐陽群，關(guān)慧敏.風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)研究綜述［J］.東北電力技術(shù)，2010（2）：14-17.

［4］王磊.風(fēng)電場并網(wǎng)小擾動穩(wěn)定性分析及脫網(wǎng)事故初探［D］.天津大學(xué)，2012.