并網(wǎng)型山地風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)存在的問(wèn)題及對(duì)策分析

黃龔相

摘 要：目前風(fēng)力發(fā)電是綠色能源發(fā)電的最大來(lái)源。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使得風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比重不斷增加。風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等多方面產(chǎn)生了影響。本文通過(guò)分析山地風(fēng)電場(chǎng)特征，了解其接入系統(tǒng)后對(duì)電網(wǎng)的影響，并對(duì)系統(tǒng)保持穩(wěn)定性的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入的探討和了解。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng)；并網(wǎng)；系統(tǒng)穩(wěn)定性技術(shù)

1 大容量山地風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響

風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)一般通過(guò)以下兩種模式：一是大容量集中高壓并入輸電網(wǎng)絡(luò)；二是小容量通過(guò)低壓配電網(wǎng)分布式低壓并入電網(wǎng)。風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）因電力系統(tǒng)電量平衡的要求，使得電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰成為一個(gè)重要難題。為保持系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)調(diào)度部門需要隨時(shí)平衡不斷變化的計(jì)劃和非計(jì)劃變動(dòng)。此外，由于功率因素要求，有功功率的大幅波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致無(wú)功功率和電壓的大幅波動(dòng)，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。

（2）山地風(fēng)電場(chǎng)因受地形因素的影響，存在氣壓低、湍流強(qiáng)等特點(diǎn)，與平原地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)相比，其風(fēng)速的隨機(jī)性和間歇性特征更為顯著，風(fēng)場(chǎng)接入電網(wǎng)系統(tǒng)后，可能帶來(lái)母線電壓波動(dòng)超出限制范圍的現(xiàn)象。

（3）風(fēng)機(jī)配套變流器采用高頻電力電子器件，在完成AC-DC-AC變換達(dá)到輸出電能頻率要求的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量諧波，諧波電流注入電網(wǎng)帶來(lái)電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波污染，威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）大型風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)采用大量箱式變電站，集電線路采用電纜或架空線路，主變壓器采用有載調(diào)壓電力變壓器，風(fēng)機(jī)至升壓站采用數(shù)千米至數(shù)十千米的送出高壓線路，存在的許多非線性設(shè)備，使得風(fēng)場(chǎng)在發(fā)出有功功率的同時(shí)也消耗大量無(wú)功功率。然而，大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)功率因數(shù)設(shè)定值居于0.95～1.0之間，雖然要求恒壓和恒功率控制，但無(wú)法滿足風(fēng)電場(chǎng)自身無(wú)功功率控制的要求。

2 解決風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)問(wèn)題的措施

2.1 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)

風(fēng)電出力是變化的，但在很大程度上也是可以預(yù)測(cè)的。而電力供應(yīng)和需求是隨時(shí)變化的，要努力掌握預(yù)測(cè)、管理并改善電力系統(tǒng)的功率波動(dòng)性，以滿足其需求。通過(guò)在風(fēng)電場(chǎng)配置風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，接收氣象部門的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)信息（或直接接收調(diào)度主站系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)信息）和調(diào)度主站系統(tǒng)下發(fā)的功率預(yù)測(cè)結(jié)果，向主站上傳數(shù)值氣象預(yù)報(bào)信息，并根據(jù)歷史和運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、分析、修正和校核，將風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)結(jié)果上傳到調(diào)度主站。

2.2 保持接入系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

（1）系統(tǒng)頻率異常保護(hù)

風(fēng)電場(chǎng)的突然突然切除及投運(yùn)引起的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)頻率異常。風(fēng)力機(jī)在接入點(diǎn)電壓降低到設(shè)定值之下時(shí)，會(huì)發(fā)生解列，斷開與電網(wǎng)的連接。隨著解列發(fā)生頻率異常是由于負(fù)荷與發(fā)電機(jī)的出力不平衡引起的，要想頻率恢復(fù)就要切掉適量的負(fù)荷。對(duì)于這種情況，可以通過(guò)改善系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)的保護(hù)來(lái)維持系統(tǒng)的平衡，防止發(fā)生更大規(guī)模的解列事故。在發(fā)電量的滲透率較高的系統(tǒng)中，為避免出現(xiàn)系統(tǒng)頻率異常狀況，要給系統(tǒng)中離風(fēng)電場(chǎng)較近的傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)配置低頻減載保護(hù)。

（2）系統(tǒng)振蕩問(wèn)題

出當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，振蕩電流隨著風(fēng)電場(chǎng)容量的增大而不斷增加。在風(fēng)電場(chǎng)附近常會(huì)因振蕩電壓波動(dòng)得變化大小而使得系統(tǒng)電流速斷保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)作。自適應(yīng)過(guò)電流保護(hù)是解決系統(tǒng)振蕩問(wèn)題的較好方法，同時(shí)，也常用振蕩閉鎖裝置來(lái)解決系統(tǒng)中可能發(fā)生的距離保護(hù)的誤動(dòng)作。

3.3 系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)

系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)不同于線路或元件保護(hù)，不是為了保護(hù)某一特定的設(shè)備，而是通過(guò)改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，起到安全保護(hù)的作用。

（1）失步保護(hù)

在大擾動(dòng)后，系統(tǒng)內(nèi)各發(fā)電機(jī)失去同步運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)解列，這時(shí)就要用到失步保護(hù)。在失步保護(hù)中，當(dāng)系統(tǒng)真正失步時(shí)，可以跳開線路，從而解列系統(tǒng)；為減小斷路器遮斷電流，在系統(tǒng)中角度不斷減小且小于120°時(shí)，要啟動(dòng)跳閘；為避免不必要的切除負(fù)荷，使兩側(cè)系統(tǒng)的負(fù)荷和發(fā)電能力大體平衡，選取解列點(diǎn)；系統(tǒng)解列時(shí)，閉鎖線路一側(cè)的自動(dòng)重合閘繼電器或跳閘繼電器。失步保護(hù)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)在系統(tǒng)中的滲透功率的大小不同，其定值的延遲時(shí)間應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整，以躲過(guò)風(fēng)電場(chǎng)投入或退出造成系統(tǒng)的短時(shí)振蕩。

（2）柔性交流輸電

因風(fēng)能的不穩(wěn)定性，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的功率是動(dòng)態(tài)變化的。可以根據(jù)系統(tǒng)功率的變化，使運(yùn)送功率自動(dòng)調(diào)節(jié)在一個(gè)恒定的范圍內(nèi)。在系統(tǒng)中并入大容量的風(fēng)電場(chǎng)，為控制短路功率，最好在系統(tǒng)中加裝FACTS 設(shè)備，采取柔性輸電的方法。

（3）柔性直流輸電

柔性直流輸電系統(tǒng)的主要器件包括電壓源換流器（VSC）、換流變壓器、換相電抗器、直流電容器和交流濾波器等。根據(jù)系統(tǒng)需求，電壓換流器可以方便地進(jìn)行整流 / 逆變運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換；兩側(cè)換流器協(xié)調(diào)控制運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)兩端交流系統(tǒng)間的有功功率交換。

2.4 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償改善風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)電能質(zhì)量

靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVG）采用可控型電力電子開關(guān)器件，既能主動(dòng)發(fā)出無(wú)功功率，也能吸收無(wú)功功率，屬于典型的有源補(bǔ)償裝置。SVG裝置具有以下特性：

（1）不依賴電壓，表現(xiàn)為恒流源特性，運(yùn)行范圍寬，補(bǔ)償容量大；

（2）響應(yīng)速度快，裝置響應(yīng)時(shí)間一般≤5ms；

（3）采用橋式電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合PWM技術(shù)和多電平控制技術(shù)，使得裝置發(fā)出無(wú)功諧波含量較低。

3 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模建設(shè)使得風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題越來(lái)越不容忽視。本文從并網(wǎng)型山地風(fēng)電場(chǎng)著手，從風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響上，提出了保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的各項(xiàng)對(duì)應(yīng)措施。同時(shí)，為更細(xì)致更精確的研究和解決風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)問(wèn)題，今后要更全面的搜集系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)，分析影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的具體原因，更精準(zhǔn)的進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)配置。

參考文獻(xiàn)

[1]李中偉.供配電線路自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)的算法與通信研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

[2]沈冰，何奔騰，張武軍.新型自適應(yīng)距離繼電器[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（7）：39-44.

[3]楊國(guó)生，李欣，周澤昕.風(fēng)電接入對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響與對(duì)策[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（11）：87-103.

（作者單位：大唐廣元風(fēng)電開發(fā)有限公司）