新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略

曾琪

（國家電投集團江西電力有限公司新能源發(fā)電分公司，江西 南昌 330000）

1 風電新能源主要特點

（1）設備體積大，效率低。由于風的性質(zhì)，決定了它的能量密度相對較小。以同等發(fā)電容量為例，風力發(fā)電其主要部分——風輪的尺寸與水輪機相比，要大上幾十倍的。從它的效率來說，雖然理論上的數(shù)據(jù)最大效率可以達到為59.2%，但是從實際應用效果可知，達不到這一標準。如：水平軸的風輪機，它的最大效率應該是在20%～50%左右，垂直軸的風輪機，它的最大效率大約的數(shù)據(jù)為30%～40%左右。

（2）風能沒有足夠的穩(wěn)定性。對于風能來說，它屬于過程性能源的一種，而且受到地形等因素的影響，它的關(guān)鍵性要素，如風的方向、風的速度變化大，加上風能還具有明顯的間歇性和隨機性，加上風力發(fā)電機在調(diào)控方面不容易調(diào)控，因此，風電機組其產(chǎn)生的電能波動性也較為明顯，難以有效調(diào)控。

（3）風電場地理位置偏遠。從當前來看，我國風資源豐富的地區(qū)多處于偏遠地區(qū)，這些微區(qū)距離電負荷的中心多有很長的一段距離，而且其電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)十分的薄弱，這造成了當?shù)氐碾娋W(wǎng)難以在輸電方面發(fā)揮功能，即風電產(chǎn)生的電能難以對外輸送。因此，開發(fā)風電，必須將與其匹配輸送工程列入工程項目內(nèi)容，提升電網(wǎng)建設水平，使其成龍配套，避免造成有電無處送的被動局面。

（4）風能無法實現(xiàn)大量儲存。由于電的特殊性質(zhì)，目前看，風電的蓄電成本與發(fā)電成本相比要高出很多，也就是說，對整個電網(wǎng)來說，它基本上沒有儲存電能的能力。多數(shù)情況下，要把輸出電量來作為調(diào)節(jié)收納電量的前提條件。而且，風電機組無人值守，加上風能的特點是不可控制的，電網(wǎng)不具備可調(diào)度性，難以做到以負荷大小為依據(jù)進行風力發(fā)電的合理性調(diào)節(jié)，這都是擺在面前的實際性問題。

2 電網(wǎng)受到風電現(xiàn)實發(fā)展的影響

（1）電能質(zhì)量受到影響。以前，風電單機沒有太大的容量，而且考慮到方便并網(wǎng)和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，使用的是異步發(fā)電機，將其與配電網(wǎng)以直接相連的方式連接。但是，由于風電場在整個供電網(wǎng)絡來說，是處于末端的位置，它所在的配電網(wǎng)，缺點很多，如電壓低、結(jié)構(gòu)上十分松散、承受各種沖擊的能力不強等，所以風電極造成配電網(wǎng)出現(xiàn)諧性污染及電壓閃變的情況可能性極大。

（2）系統(tǒng)難以保證強穩(wěn)定性。在系統(tǒng)難以保證強穩(wěn)定性這方面，主要的原因包括：第一，三相短路故障，線路出現(xiàn)開斷；第二，風速變化產(chǎn)生擾動；第三，發(fā)電機發(fā)生開斷。發(fā)生這些情況時，系統(tǒng)頻率以及電壓極，均很容易產(chǎn)生大幅度波動。

①電壓難以保持穩(wěn)定。在大量風電場接入到電力系統(tǒng)的時候，電壓難以保持較好的穩(wěn)定性原因是很多的，但從最主要的原因看，還在于風電場是需要無功功率的。當前，在風力發(fā)電系統(tǒng)中，異步發(fā)電機占據(jù)了絕大部分，是由它的外部系統(tǒng)為它提供無功功率來支撐的。如果在風電場具有比較大的容量的時候，此時無功功率或會呈現(xiàn)出控制力難以滿足要求的情況，這也會直接影響到電壓的穩(wěn)定性，造成電壓變化較大現(xiàn)象的發(fā)生。對大部分風電場來說，由于使用的是異步式發(fā)電機，如果其電網(wǎng)里面又注入新的功率時，變速恒頻風電系統(tǒng)就會通過電網(wǎng)內(nèi)部吸收無功功率，這樣的情況下，風電場便很可能造成電壓崩潰，或是降低其電壓方面的穩(wěn)定性。但是，當提供給系統(tǒng)的無功功率在很多的情況下，可等同于風電場并網(wǎng)，其影響是增強了靜態(tài)部分的電壓穩(wěn)定性。

②頻率方面的穩(wěn)定性。從事實來說，系統(tǒng)頻率在受到風電場的影響因素，主要決定于在整個系統(tǒng)容量中，風電場占有什么樣的比例。如在系統(tǒng)中，風電容量比例占據(jù)較大的時候，它在輸出功率方面的波動性，會在一定程度上影響到電網(wǎng)的頻率，也就是會在一定程度上影響到電網(wǎng)電能方面的質(zhì)量，對電網(wǎng)中其他機組頻率的響應能力提出要求，要具備展開跟蹤并同步調(diào)節(jié)的能力，以實現(xiàn)頻率波動的抑制作用。風電的不穩(wěn)定特點為，決定了風電在失去出力之后，使電網(wǎng)的頻率減小，特別是在風電占據(jù)的比重較大的時候，會影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。要達到消除此影響的目的，最應采取的辦法是：第一，選取優(yōu)化方式的調(diào)度運行形勢；第二，提高系統(tǒng)本身的備用容量。這樣做，主要是由于對大型電網(wǎng)來說，它具有非常大的調(diào)節(jié)能力和非常充足的備用容量，這樣就不用考慮到風電進入系統(tǒng)后，會對頻率穩(wěn)定性造成影響。但是這一點對小型電網(wǎng)是很重要的，即風電影響穩(wěn)定性和影響頻率偏移方面，是必須考慮的問題。

（3）對電網(wǎng)調(diào)度和規(guī)劃的影響。風能主要性質(zhì)特點是不可控制，所以，對它進行可靠性的預測也是不可能的。當風電場并入電網(wǎng)系統(tǒng)之后，可用調(diào)峰容量與備用容量相減后，其余下容量即可用來風電的調(diào)峰操作。但是，在可用于風電調(diào)峰的容量有限的時候，對于風電場運行來說，它會起到限制作用。如果電網(wǎng)無法做到完全平衡風電場功率波動時，就必須要限制風力發(fā)電對電網(wǎng)的注入功率。因此，安排實施發(fā)電計劃時，必須要分析好系統(tǒng)在調(diào)頻與調(diào)峰方面的情況。這時，系統(tǒng)具備旋轉(zhuǎn)備用量，既要與調(diào)頻、調(diào)峰的要求相符，還要與風電機組的出力波動值與負荷平衡所造成的影響之間是相符的。

風電場建設相關(guān)的問題很多，既包括發(fā)電機組類型，也要考慮其裝機容量，還要考慮其具體的布置，更要考慮電網(wǎng)規(guī)劃，考慮風電在傳輸方面的問題。當引入風電場之后，因風電在隨機性及其不確定性的特點，既可能改變運行成本，也會改變電網(wǎng)投資，更會改變供需方面的關(guān)系。通常情況而言，風電利用的小時數(shù)多較低，一個好的機組，基本上能達到2500小時/年，這個效益與火電電網(wǎng)在投資方面的效益相比，風電投資效益更具備大的優(yōu)勢。但由于風電所具備的間隙性方面的特點，可能會產(chǎn)生超范圍危害，同時，還應考慮風電裝機的最優(yōu)比例等問題。所以，風電場在接入電網(wǎng)后，做好規(guī)劃十分重要，即風電場與電網(wǎng)二者間建設必須是同步的，應以此為據(jù)，開展大電網(wǎng)在配套工程方面的建設。

3 改善風電并網(wǎng)性能的有效對策

3.1 做好關(guān)鍵性數(shù)據(jù)的確定

這方面，主要應確定好“最大承受注入功率”和“潮流量”，主要是考慮到風力發(fā)電在其分布和風速方面具有的隨機性特點。為使人們有效掌握控風能，需要在風電場設計過程中，確定風電的“最大承受注入功率”，其目的是使風力發(fā)電可靠性再提高，發(fā)電效率再提高。為解決風力發(fā)電時因潮流量產(chǎn)生各種問題，必須確定其數(shù)值，需要在實際落實中，針對不同地區(qū)、環(huán)境及特殊因素，適當選取。

3.2 對保護裝置進行優(yōu)化

為解決風電機組在運行中由于各種因素對風力發(fā)電效率造成影響的問題，應用必要的保護性措施，對風電機組及其相關(guān)設備進行保護。也就是說，要對原來的保護裝置進行各種優(yōu)化，同時，引入先進的技術(shù)，以實現(xiàn)發(fā)電量的進一步提高。目前主要采取的方式是：采用動態(tài)方式進行無功補償，目的是對系統(tǒng)的暫態(tài)特點加以改善，實現(xiàn)風電場安全容量再提高。這方面應主要注意的是：在設計動態(tài)無功補償裝置所有的容量時，應將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、SVC調(diào)節(jié)的特點、風電場容量都列為設計的依據(jù)。對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行強化，也是個好的措施。在負荷功率因數(shù)得到提高的同時，也會使系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性以及風場的安全容量得到同步性提升。此外，以低電壓方式，實現(xiàn)風電機組的自動切除，對于在調(diào)控系統(tǒng)產(chǎn)生故障后，保持在電網(wǎng)維護后穩(wěn)定也是十分有效的。但應該注意的是，對電網(wǎng)的調(diào)控能力要良好把握和了解，必要時，可以用直流方式接入到電網(wǎng)中。

3.3 從設計方面確保電壓與系統(tǒng)穩(wěn)定性

風電組對風力發(fā)電來說，起到控制其發(fā)電質(zhì)量的關(guān)鍵性作用。因此，應該從裝置設計方面，提升科技含量，確保其質(zhì)量，以使其電子控制裝置更加合理，以更好地解決風力發(fā)電方面的缺陷。同時，還要對風電場因規(guī)模擴大，對大量使用異步發(fā)電機產(chǎn)生的電壓崩潰問題，也要采取相應穩(wěn)定措施。

4 結(jié)語

本文以風電新能源為例，對其發(fā)電并網(wǎng)方面的措施進行探索、討論與總結(jié)，希望對推動風產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮作用，使風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得更大進步。