風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響及解決措施

林前良

（華電（福建）風(fēng)電有限公司 福建 350000）

引言

風(fēng)力發(fā)電是一種將風(fēng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。具有成本低，不消耗資源，環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。一般而言，風(fēng)力發(fā)電有兩種形式，即并網(wǎng)，離網(wǎng)。由于自然風(fēng)力對風(fēng)力發(fā)電的影響，因此，均等發(fā)電的難度極高。因此，并網(wǎng)發(fā)電被視為風(fēng)電發(fā)展的主要趨勢。通常需要并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)，以滿足大容量的需求，發(fā)電機(jī)由發(fā)電機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)組成。其工作原理如下：通過旋轉(zhuǎn)風(fēng)來驅(qū)動葉片以產(chǎn)生電能，然后將電能將勢能轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。盡管風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢顯而易見，但仍然存在一些未解決的問題，例如，首先，由于發(fā)電機(jī)與地面之間的距離過長，維護(hù)工作更加困難，其次，風(fēng)力發(fā)電的平衡難以保證，通常僅用于存儲電能等。

1 風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響及對策

1.1 對電力系統(tǒng)的影響

1.1.1 對風(fēng)電場規(guī)模影響

當(dāng)前，中國的電網(wǎng)規(guī)模正在逐步擴(kuò)大。但是風(fēng)電場接入能力相對較低，占電網(wǎng)總裝機(jī)容量，不會對電網(wǎng)頻率造成太大影響，這不是極限，是風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模的主要條件。同時(shí)，對于負(fù)荷吸收少，風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱。如果此時(shí)有大量的風(fēng)電輸入，不僅接入點(diǎn)，電壓，還會改變潮流分配，這是制約 風(fēng)電建設(shè)規(guī)模的主要因素。風(fēng)能是不可控制的，導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出出現(xiàn)波動和間歇性。當(dāng)前，需要提高風(fēng)電功率預(yù)測的準(zhǔn)確性，這增加了功率和力分配的難度。從電網(wǎng)的角度來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種隨機(jī)干擾源，給電網(wǎng)的可靠運(yùn)行增加了一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，關(guān)鍵問題是確定風(fēng)電場在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，才能確定最大輸入容量。

1.1.2 對電能質(zhì)量的影響

針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性和風(fēng)力資源的不確定性，確定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率和速率波動特性，將影響區(qū)域電網(wǎng)的電能質(zhì)量。當(dāng)風(fēng)扇接入點(diǎn)的短路比較大時(shí)，它將抑制電壓波動和閃爍。如果電子控件的設(shè)計(jì)不正確，電壓波形將嚴(yán)重失真，這可能會導(dǎo)致共振和一些潛在的問題。1.1.3 對穩(wěn)定性的影響通常，并網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的末端存在不確定性，影響配電網(wǎng)的流量和分配。在電網(wǎng)的初始規(guī)劃和設(shè)計(jì)中未考慮這種情況。當(dāng)增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的注入功率時(shí)，配電網(wǎng)的電壓將超過極限，聯(lián)絡(luò)線的功率將超過安全范圍，如果情況非常嚴(yán)重，將導(dǎo)致電壓崩潰。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)是異步發(fā)電機(jī)時(shí)，處于發(fā)電狀態(tài)的風(fēng)將向電網(wǎng)輸出有功功率，并且將有很多無功功率，并且該功率將從電網(wǎng)流向風(fēng)力渦輪機(jī)。為了減少從電網(wǎng)吸收的無功功率，風(fēng)力發(fā)電場最初配備了動態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備和并聯(lián)電容器組。當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，如果不能及時(shí)消除故障，則可能會出現(xiàn)瞬態(tài)電壓不穩(wěn)定的情況。隨著風(fēng)電場規(guī)模的擴(kuò)大，規(guī)模在整個(gè)電力系統(tǒng)中的比重也在增加。風(fēng)電不穩(wěn)定輸出功率的增加對電網(wǎng)的影響更為明顯。在嚴(yán)重的情況下，它可能會迫使網(wǎng)格崩潰。

1.2 風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)模問題

1.2.1 衡量風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的兩個(gè)指標(biāo)

在計(jì)算，分析和評估中，工程師通常使用以下兩個(gè)指標(biāo)作為描述電力系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的依據(jù)：風(fēng)力滲透率，功率極限。風(fēng)電的滲透能力是指風(fēng)電場的裝機(jī)容量與系統(tǒng)總?cè)萘恐?。表示系統(tǒng)可以承受的最大已安裝風(fēng)能容量。從項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)的角度來看，可以通過實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。

1.2.2 風(fēng)電場注入最大功率的影響因素

風(fēng)電場的最大注入功率取決于系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行特性以及其他發(fā)電設(shè)備的調(diào)節(jié)能力。主要因素是：風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的負(fù)載能力；電網(wǎng)與風(fēng)電場之間的連接方式；系統(tǒng)中其他單元的調(diào)節(jié)能力；電網(wǎng)的無功功率，備用狀態(tài)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型；區(qū)域的負(fù)載特性等。風(fēng)力發(fā)電的中心電壓水平，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償能力以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的連接線的X/R是限制最大輸入功率的因素異步發(fā)電機(jī)。為了增加風(fēng)電場的最大注入功率，可以改善電壓調(diào)節(jié)，節(jié)省容量，可以適當(dāng)使用較小的X/R接線，并且可以對風(fēng)電場進(jìn)行無功補(bǔ)償。

1.3 改善電能質(zhì)量問題

1.3.1 改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

公用連接點(diǎn)的短路比和X/R比也是影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓波動和閃爍的重要因素。公共連接點(diǎn)的短路率越大，電壓閃爍，變化和波動越小。當(dāng)電源線的X/R比合適時(shí)，由無功率或無功率引起的電壓波動可用于補(bǔ)償有功功率引起的電壓波動，從而降低整體平均閃變值。

1.3.2 安裝電力電子裝置

當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行同步和加速時(shí)，發(fā)電機(jī)將閉合定子斷路器，從而允許發(fā)電機(jī)通過一組通過反饋電流連接到電網(wǎng)的雙向晶閘管來控制晶閘管，晶閘管的觸發(fā)角逐漸打開從180°到0°，互連后晶閘管短路。通過這種軟啟動方法，可以使電網(wǎng)連接過程順利進(jìn)行，并且當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)連接到電網(wǎng)時(shí)，沖擊電流可以限制為額定電流的1.2到1.5倍。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到同步速度時(shí)，發(fā)電機(jī)將閉合定子，斷路器，使發(fā)電機(jī)通過電流反饋并通過連接到電網(wǎng)的一組晶閘管來控制晶閘管角度，使其雙向，即觸發(fā)角連接過程后，晶閘管從180°逐漸斷開到0°，晶閘管短路。通過這種軟啟動模式，并網(wǎng)過程相對平穩(wěn)，并且當(dāng)風(fēng)扇連接到電網(wǎng)時(shí)，脈沖電流可以限制為額定電流的1.2～1.5倍。

3 結(jié)束語

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為一種典型的清潔和可再生能源發(fā)電方法，經(jīng)過長期的發(fā)展已逐漸成熟。風(fēng)力發(fā)電具有成本低，對環(huán)境影響小的特點(diǎn)，具有很大的開發(fā)價(jià)值，在促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展方面具有非常重要的作用。