風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

尹劍峰

（湖北龍?jiān)葱履茉从邢薰荆?武漢 430077）

風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

尹劍峰

（湖北龍?jiān)葱履茉从邢薰荆?武漢 430077）

在科技技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，大力開發(fā)和利用新能源，不僅是電力工業(yè)發(fā)展的未來趨勢，同時(shí)也是應(yīng)對(duì)能源緊缺問題的有效措施。隨著風(fēng)電場并網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量以及安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面也產(chǎn)生了一定影響，并嚴(yán)重削弱了傳統(tǒng)電源對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)控能力。為了有效緩解風(fēng)電場并網(wǎng)帶來的不利影響，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該加大對(duì)風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)影響的研究力度，并采取有效措施，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的健康發(fā)展。

風(fēng)力發(fā)電；電力系統(tǒng)；風(fēng)電場并網(wǎng)；影響；措施

科技技術(shù)的進(jìn)步，使得各行各業(yè)對(duì)于能源的需求量也在逐年增加，與之相對(duì)應(yīng)的是一些傳統(tǒng)能源，比如煤炭、天然氣以及石油等能源的儲(chǔ)量也在不斷減少。開發(fā)和利用可再生以及清潔型能源就勢在必行，這也在無形中促使風(fēng)力發(fā)電技術(shù)趨向成熟。但是由風(fēng)電場并網(wǎng)帶來一系列問題，也成為關(guān)注的重點(diǎn)。據(jù)此，應(yīng)該將風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響作為研究重點(diǎn)，采取有效措施去應(yīng)對(duì)和解決由風(fēng)電場并網(wǎng)帶來的不利影響，進(jìn)而為我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長提供技術(shù)支撐。

1 當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀及特點(diǎn)

為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也趨向成熟，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了驕人成就。有數(shù)據(jù)顯示，截止到2010年底，我國風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)已達(dá)三千多萬千瓦，且裝機(jī)規(guī)模也處于世界先列，全年發(fā)電量超過了五百億千瓦時(shí)。其中我國的風(fēng)力發(fā)電建設(shè)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：①為滿足供電需求，單個(gè)風(fēng)電場裝機(jī)容量也在不斷增加；②風(fēng)電場接入電網(wǎng)的電壓等級(jí)也在不斷提高；③由于風(fēng)電總裝機(jī)容量的快速增長，使得風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比例也在加大。風(fēng)能是近年來廣受關(guān)注的清潔型能源之一，其隨機(jī)性較大、間歇性較強(qiáng)且不具備穩(wěn)定性。因此如果在整個(gè)電力系統(tǒng)中風(fēng)電裝機(jī)容量所占比重不斷增加，那么對(duì)于電網(wǎng)本身的安全性以及穩(wěn)定性也會(huì)造成一定沖擊，由此可見，風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響是不容小覷的。

2 風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

2.1 風(fēng)電場并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓造成影響

風(fēng)力發(fā)電的質(zhì)量與風(fēng)速大小以及風(fēng)向密切相關(guān)，而風(fēng)速大小和風(fēng)向卻又是不可預(yù)測的變量，這就導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)力發(fā)電過程具有很大的不確定性。與此同時(shí)，受風(fēng)力資源分布的限制，通常會(huì)將風(fēng)電場設(shè)置在電網(wǎng)末端，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也較為薄弱，使得風(fēng)電場在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，勢必會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量造成一定影響，而這種影響也會(huì)隨著發(fā)電廠規(guī)模的擴(kuò)大而增加。另外由于當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多采用的是感應(yīng)發(fā)電機(jī)，且發(fā)電機(jī)的運(yùn)行需要無功支持，所以并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)于電網(wǎng)而言是一個(gè)無功負(fù)荷。通常情況下，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都會(huì)配有相應(yīng)的無功補(bǔ)償裝置，比如分組投切電容器等，用以滿足風(fēng)力發(fā)電廠的無功需求，且它最大無功補(bǔ)償量應(yīng)該依據(jù)異步發(fā)電機(jī)在額定功率時(shí)的功率因數(shù)而定。

2.2 風(fēng)電場并網(wǎng)會(huì)對(duì)電能質(zhì)量造成影響

風(fēng)力發(fā)電所產(chǎn)生的電能具有間歇性以及波動(dòng)性等特征，且整個(gè)發(fā)電過程勢必會(huì)影響到電網(wǎng)本身的電能質(zhì)量，并由此產(chǎn)生的一系列問題，也制約著風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的健康發(fā)展，比如電壓閃變、諧波、電壓波動(dòng)以及電壓偏差等。目前，電能質(zhì)量除了會(huì)受到來自電壓波動(dòng)以及電壓閃變帶來的不利影響之外，還會(huì)受到諧波影響。其中風(fēng)電場并網(wǎng)給電網(wǎng)帶來的諧波主要來自于以下兩方面：①由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功補(bǔ)償裝置帶來的諧波，并聯(lián)電容器可能會(huì)與線路電抗發(fā)生諧振，進(jìn)而產(chǎn)生諧波；②風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身電力電子裝置帶來的諧波，并聯(lián)電容與電抗元件發(fā)生諧振會(huì)放大諧波效應(yīng)。

2.3 風(fēng)電場并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性造成影響

由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常被設(shè)置在電網(wǎng)末端，這一方面會(huì)改變配電網(wǎng)傳統(tǒng)的單電源分布式結(jié)構(gòu)，另一方面還會(huì)改變潮流流向以及分布。與此同時(shí)，隨著風(fēng)電注入功率的增加，風(fēng)電場附近局部電網(wǎng)電壓越限等問題的發(fā)生幾率也會(huì)大幅度提升，如不及時(shí)有效地進(jìn)行處理，則會(huì)造成更為嚴(yán)重的后果，比如電壓崩潰等現(xiàn)象。在過去，由于風(fēng)電廠容量較小，通常不會(huì)將其接入電網(wǎng)，且一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問題，只要切除風(fēng)電機(jī)組，基本就可保證電網(wǎng)以及電廠的安全。然而風(fēng)電場滲透功率的大幅度提升，也讓電網(wǎng)功率在不穩(wěn)定的風(fēng)電輸出下受到更大沖擊，進(jìn)而嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2.4 風(fēng)電場并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)造成影響

在風(fēng)電場并網(wǎng)過程中，由于風(fēng)電機(jī)組的頻繁投切，使得接觸器出現(xiàn)不同程度的損壞，并嚴(yán)重影響到接觸器的使用壽命。所以盡可能的減少風(fēng)力發(fā)電組的投切次數(shù)就勢在必行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在有風(fēng)時(shí)也要始終與電網(wǎng)相連，并且當(dāng)風(fēng)速在啟動(dòng)風(fēng)速區(qū)間上下波動(dòng)時(shí)，可以允許風(fēng)力發(fā)電機(jī)短時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)行。這樣就可以改變聯(lián)絡(luò)線的潮流方向，將這種運(yùn)行方式運(yùn)用于繼電保護(hù)裝置中，可以取得不錯(cuò)成效。由此可見，流過風(fēng)電場以及電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線功率可能是雙向的。另外，風(fēng)電場一般會(huì)從電網(wǎng)末端接入配電網(wǎng)，且配電網(wǎng)采用的大多為三段式電流保護(hù)，所以一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，盡管風(fēng)力發(fā)電提供的短路電流很少，也會(huì)對(duì)配網(wǎng)保護(hù)裝置的正確運(yùn)行造成影響。

3 降低風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)不利影響的措施

3.1 提高電壓穩(wěn)定性的措施

為進(jìn)一步減少風(fēng)電場并網(wǎng)給電壓穩(wěn)定性帶來的負(fù)面影響，可以采取以下措施：①運(yùn)用儲(chǔ)能裝置。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置是一種既可以適當(dāng)調(diào)節(jié)有功無功的功率，同時(shí)又能獨(dú)立控制有功或者無功情況的儲(chǔ)能裝置。超能儲(chǔ)能裝置憑借其優(yōu)越的靈活性，可以在降低風(fēng)電場輸出功率波動(dòng)情況的前提下，達(dá)到穩(wěn)定整個(gè)電場電壓的目的；②采取無功補(bǔ)償技術(shù)。當(dāng)風(fēng)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，想要保證其穩(wěn)定性，可以通過增加電容器的補(bǔ)償容量來實(shí)現(xiàn)。在風(fēng)電場出口安裝動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)裝置，可以對(duì)無功補(bǔ)償功率的大小進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，并提供動(dòng)態(tài)的電壓支撐，以此來為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

3.2 提高電能質(zhì)量的措施

在風(fēng)電場并網(wǎng)過程中，出現(xiàn)電壓波動(dòng)以及閃變的主要原因，是受到了并網(wǎng)風(fēng)電場的公共連接點(diǎn)短路比（SCR）以及電網(wǎng)線路電抗/電阻比（X/R）影響。其中，SCR的值與發(fā)生電壓波動(dòng)以及閃變的幾率成反比，SCR的值越小，則越有可能發(fā)生電壓波動(dòng)以及閃變現(xiàn)象；除此之外，當(dāng)電網(wǎng)線路的X/R比值處于合理區(qū)間內(nèi)，則由無功率引起的電壓波動(dòng)就可以很好地補(bǔ)償有功率引起的電壓波動(dòng)，進(jìn)而使平均閃變值得以減輕。由此可見，確保電容器組設(shè)置的科學(xué)合理，可以在抑制電壓偏差以及電壓變動(dòng)的基礎(chǔ)上，改善電能質(zhì)量。

3.3 調(diào)整保護(hù)裝置的措施

將風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)，應(yīng)該對(duì)其帶來的故障電流引起重視，以此來為配電網(wǎng)的保護(hù)以及重新調(diào)整提供便利。與此同時(shí)，在整定和配置風(fēng)電場保護(hù)裝置時(shí)，還應(yīng)該對(duì)風(fēng)電場以及電網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線的功率流向進(jìn)行考慮。其中，對(duì)于風(fēng)電廠保護(hù)裝置的整定以及配置，可以將終端變電站的方案作為參考依據(jù)。借助配電網(wǎng)的保護(hù)來對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行有效切除，利用低電壓保護(hù)以及孤島保護(hù)等措施，逐一切除風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，以此來在故障期間斷開系統(tǒng)以及風(fēng)電場二者的連接；在確認(rèn)故障被完全清除后，就可以將風(fēng)電場重新接入電力系統(tǒng)。然而在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)迅猛發(fā)展的帶動(dòng)下，未來我國會(huì)存在大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)的情況。這也給整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以及可靠性等造成很大影響，所以要更多地調(diào)整保護(hù)裝置，從而為系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的有效提升奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

綜上所述，大力開發(fā)使用清潔型能源，是我國有效應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的重要舉措。而風(fēng)能作為一種可再生的綠色清潔能源，具有經(jīng)濟(jì)效益高且環(huán)保效益好等優(yōu)勢，在我國的電力領(lǐng)域得到了廣泛推廣以及應(yīng)用。但是在實(shí)踐中，將風(fēng)電接入到電力系統(tǒng)中，不僅對(duì)電網(wǎng)本身，還會(huì)對(duì)電能質(zhì)量以及電壓穩(wěn)定性等造成很大影響。為盡可能地降低這種影響，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該采取有效措施，提高電能質(zhì)量以及電壓穩(wěn)定性，從而在改善風(fēng)力發(fā)電性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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