風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的價(jià)值分析

賈海清 馬知宏

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的能源耗費(fèi)速度逐年增快，大批量能源的消耗已經(jīng)把我們賴以生存的自然環(huán)境破壞的極為嚴(yán)重，我國(guó)面臨的能源壓力也不斷增加。針對(duì)可再生能源的研發(fā)以及運(yùn)用日益迫切。本文論述了風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響，研究了風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的價(jià)值，建立風(fēng)電運(yùn)行價(jià)值分析模型，希望未來(lái)對(duì)風(fēng)電的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電；電力系統(tǒng)；運(yùn)行價(jià)值

中圖分類號(hào)： TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）19-184-2

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)電力需求也呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，如今能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為人類發(fā)展面臨必須解決的兩大難題。新能源的開發(fā)成為解決這一難題的重要途徑，而作為自然界存儲(chǔ)最豐富、清潔而且可再生，同時(shí)它不會(huì)隨自身的轉(zhuǎn)化和利用而減少的風(fēng)能作為新能源的典型代表正被我們開發(fā)利用。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)屬于利用新能源發(fā)電的典型，風(fēng)力發(fā)電的綜合應(yīng)用價(jià)值決定了風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展速度和比常規(guī)能源具有的無(wú)可比擬的優(yōu)越性，目前，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)正日趨成熟。

1 風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響

1.1 對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行成本和調(diào)度的影響

①風(fēng)力發(fā)電并入電網(wǎng)增加了調(diào)度的波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)電接入電網(wǎng)需要更多的閑置產(chǎn)能，這是由風(fēng)力的隨機(jī)性和間歇性特征決定的。由于風(fēng)力大小的無(wú)法預(yù)測(cè)，無(wú)法預(yù)知風(fēng)力發(fā)電負(fù)荷的大小，電網(wǎng)調(diào)度必須根據(jù)風(fēng)場(chǎng)的發(fā)電常規(guī)負(fù)荷采取保守的方案為風(fēng)電預(yù)留出足夠的備用平衡容量來(lái)消除風(fēng)電負(fù)荷大小的波動(dòng)；同理，為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)度目的，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電根據(jù)計(jì)算可以預(yù)測(cè)和能夠保留足夠的精度，同時(shí)可以提供負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線的時(shí)候，可以將風(fēng)電場(chǎng)作為負(fù)載，安排利用傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電負(fù)荷項(xiàng)目來(lái)降低電網(wǎng)的運(yùn)行成本，來(lái)優(yōu)化發(fā)電單元組合。

②風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行后成本較低，但是增加了調(diào)度運(yùn)行成本。近年來(lái)國(guó)家的大力支持，風(fēng)力發(fā)電發(fā)展較快。由于地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷的不均衡和風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率的隨機(jī)波動(dòng)性和間歇性，而且當(dāng)前的預(yù)測(cè)電網(wǎng)負(fù)荷水平很難滿足電力系統(tǒng)操作的實(shí)際 ，電網(wǎng)調(diào)度需要在火力發(fā)電的基礎(chǔ)上，額外安排一定容量的旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)備來(lái)保證電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和維持電力系統(tǒng)的功率平衡與穩(wěn)定，增加了電網(wǎng)調(diào)度的運(yùn)行成本。

1.2 對(duì)電能質(zhì)量的影響

①頻率。由于風(fēng)電輸出功率的間歇性和波動(dòng)性，造成輸出功率的不可預(yù)測(cè)，其接入電網(wǎng)系統(tǒng)的潮流即輸出功率在系統(tǒng)中不斷平衡再分配的暫態(tài)過程中，風(fēng)電場(chǎng)的接入在一定程度上影響系統(tǒng)的輸出頻率。

②諧波。就風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波對(duì)系統(tǒng)的影響而言，風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身產(chǎn)生的諧波非常小甚至可以忽略不計(jì)，真正產(chǎn)生諧波電流的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)元器件如風(fēng)力渦輪機(jī)、轉(zhuǎn)換裝置等，而過濾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、短路容量和電網(wǎng)功率輸出單元都與風(fēng)速的大小有關(guān)。以較高速度旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪機(jī)，在連續(xù)操作的過程中，基本不產(chǎn)生諧波電流。實(shí)際需要考慮諧波干擾的是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，因?yàn)樽兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在轉(zhuǎn)換器的操作上總是處在工作狀態(tài)中。

③無(wú)功電壓。風(fēng)電由于風(fēng)力大小的不可確定性導(dǎo)致電壓的波動(dòng)往往導(dǎo)致系統(tǒng)中的某些節(jié)點(diǎn)電壓超過或低于電網(wǎng)電壓控制的最高/最低值，影響系統(tǒng)電壓合格率，電壓偏差問題屬于電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)問題，風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出波動(dòng)大使系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，所以這種情況下可以采取加裝一定容量的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置或者在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)采取措施移除風(fēng)力渦輪機(jī)的一部分來(lái)升高系統(tǒng)電壓，減輕風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。

1.3 對(duì)穩(wěn)定性的影響

①影響電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定。風(fēng)電裝機(jī)容量在電網(wǎng)中所占比重較大時(shí)，通過風(fēng)電在電網(wǎng)中的傳動(dòng)功率和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)改變系統(tǒng)的電壓分布，使電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定發(fā)生變化。

②風(fēng)力發(fā)電機(jī)具備低電壓穿越能力。風(fēng)扇具有保持電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓降的特點(diǎn)，還可以向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率，直到系統(tǒng)電壓升高甚至恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)電壓為止的這種能力被稱為低電壓穿越能力。