風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的頻率穩(wěn)定問(wèn)題研究

董盛春 仝輝

摘要：風(fēng)力并網(wǎng)運(yùn)行是當(dāng)前我國(guó)電力事業(yè)新能源發(fā)展的重要基礎(chǔ)，風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定造成極大困擾，做好頻率穩(wěn)定控制具有重要意義。文章通過(guò)對(duì)頻率穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的改善措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電并網(wǎng);風(fēng)電運(yùn)行;并網(wǎng)運(yùn)行;頻率穩(wěn)定

作為一種新型能源，風(fēng)能具有很多優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)污染，來(lái)源廣泛等，使其被社會(huì)各界廣泛關(guān)注，并應(yīng)用到電力實(shí)業(yè)當(dāng)中，為我國(guó)電力實(shí)業(yè)的發(fā)展提供了重要幫助。然而，風(fēng)電與電網(wǎng)連接時(shí)，往往會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成一定影響，不利于電力能源的使用，對(duì)社會(huì)的發(fā)展造成一定危害。因此，對(duì)風(fēng)電發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義，為風(fēng)電與電網(wǎng)有效結(jié)合奠定良好基礎(chǔ)。

1風(fēng)電并網(wǎng)的必要性

傳統(tǒng)的發(fā)電是利用燃煤或燃?xì)馊紵篃崮苻D(zhuǎn)化為動(dòng)能，然后轉(zhuǎn)化為電能，會(huì)形成大量的氮氧化合物和碳氧化合物，對(duì)環(huán)境造成不利影響，而且處理發(fā)電帶來(lái)的二次污染費(fèi)用十分高昂。而風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能、水能發(fā)電一樣，都屬于綠色自然能發(fā)電范疇，清潔無(wú)污染，對(duì)我國(guó)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有促進(jìn)作用。另外，我國(guó)風(fēng)能資源豐富，具有風(fēng)能發(fā)電的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，而且近些年來(lái)風(fēng)能發(fā)電量迅猛增加，為我國(guó)工業(yè)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。在我國(guó)的發(fā)展規(guī)劃中，2020年要實(shí)現(xiàn)20GW的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)。風(fēng)力發(fā)電的一種形式是離網(wǎng)型，即自行成網(wǎng)，不接入電網(wǎng)系統(tǒng)，和水利發(fā)電相結(jié)合能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電需求。但是，離網(wǎng)型風(fēng)電形式?jīng)]有充分發(fā)揮出風(fēng)電的巨大優(yōu)勢(shì)，故此風(fēng)電并網(wǎng)成為一種趨勢(shì)。因?yàn)槌谁h(huán)保優(yōu)勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電占地少，建設(shè)工期短，而且最主要的是可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)管理。再者，并網(wǎng)之后，風(fēng)力發(fā)電廠可以獲得電網(wǎng)補(bǔ)償和支撐，從而進(jìn)一步提高風(fēng)能利用水平，以提高潔凈能的利用價(jià)值。

2風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的頻率穩(wěn)定問(wèn)題

雖然風(fēng)電具有污染小，可再生的特點(diǎn)，但將其接入到電網(wǎng)后，將會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成一定影響，具體來(lái)說(shuō)，主要包括以下幾個(gè)方面：第一，降低電能質(zhì)量。以往階段，風(fēng)電裝機(jī)容量較低，且通過(guò)異步發(fā)電機(jī)的方式，將其接入到配電網(wǎng)內(nèi)，雖然這樣接入較為方便，且成本較低，但由于設(shè)備性能較差，很容易受到外界沖擊，因而很容易產(chǎn)生一些不良現(xiàn)象，如諧波污染等，降低了電能的質(zhì)量。第二，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，會(huì)利用一定的無(wú)功功率，而將其接入到電網(wǎng)后，由于容量的增加，導(dǎo)致無(wú)功功率缺失，進(jìn)而使電壓產(chǎn)生波動(dòng)。第三，對(duì)于風(fēng)電來(lái)說(shuō)，存在不穩(wěn)定的特點(diǎn)，受到這一特點(diǎn)的影響，導(dǎo)致其失去出力時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率降低，風(fēng)電占比越高，這一現(xiàn)象更加顯著。第四，風(fēng)電的接入，對(duì)以往電網(wǎng)產(chǎn)生了較大的變化，為了確保整個(gè)電網(wǎng)順利運(yùn)行，電力單位應(yīng)重新對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃[1]。

3風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行下頻率穩(wěn)定提升策略

3.1優(yōu)化風(fēng)電工程建設(shè)布局結(jié)構(gòu)

為了進(jìn)一步有效推進(jìn)我國(guó)風(fēng)能發(fā)電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展，根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)的實(shí)際情況，在風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)推行以及風(fēng)電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中推行“閉環(huán)結(jié)構(gòu)開環(huán)運(yùn)行”的方式，通過(guò)此種運(yùn)行方式可以有效保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。其根本原因在于電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)主要表現(xiàn)為一種環(huán)形的狀態(tài)，一旦發(fā)生線路方面的故障，就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N輻射形態(tài)。因此，如果是線路出現(xiàn)故障，需要及時(shí)聯(lián)系有關(guān)工作人員合理運(yùn)用開關(guān)，將電能運(yùn)輸通過(guò)其他線路進(jìn)行傳輸，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證電力用戶不受影響，最大限度地避免電能損耗，保證電力設(shè)備與發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

3.2無(wú)功補(bǔ)償方式

通過(guò)大量時(shí)間研究表明，在風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)，存在很多問(wèn)題，其中，最為常見的是電壓穩(wěn)定性較低，而導(dǎo)致這一問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因則是風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，需要一定的無(wú)功功率表，特別是異步發(fā)電機(jī)，這一問(wèn)題更加顯著。所以，想要使電網(wǎng)更加良好的運(yùn)行，應(yīng)采取科學(xué)、合理的無(wú)功補(bǔ)償方式，具體來(lái)說(shuō)，可以從以下幾個(gè)方面著手：第一，在現(xiàn)有風(fēng)電系統(tǒng)內(nèi)，安裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，如SVC補(bǔ)償器等，通過(guò)這類設(shè)備的使用，優(yōu)化風(fēng)電的暫態(tài)性能，增加風(fēng)電場(chǎng)的最高容量。確定SVC容量時(shí)，不僅要考慮SVC的調(diào)節(jié)性，同時(shí)還要集合風(fēng)電場(chǎng)的容量，關(guān)注電網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。第二，改進(jìn)電網(wǎng)結(jié)果，或者是提高符合功率，也會(huì)增加風(fēng)電容量，并優(yōu)化風(fēng)電暫態(tài)性能。第三，對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確保其無(wú)故障之后，將低電壓的部分隔離，使得整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，能夠一直采用最佳的控制方式。但需要注意的是，若隔離部分較多時(shí)，應(yīng)分析電網(wǎng)調(diào)控性能，確保低電壓部分隔離的同時(shí)，不會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)功能造成較大的應(yīng)用，使電網(wǎng)可以安全、穩(wěn)定的運(yùn)行[2]。

3.3提高電能消納水平

電網(wǎng)供電可靠性和電能消納水平有直接關(guān)聯(lián)。在現(xiàn)如今沒有實(shí)現(xiàn)全國(guó)電網(wǎng)智能聯(lián)網(wǎng)的情況下，若地方發(fā)電量超過(guò)用電量，會(huì)造成窩電現(xiàn)象，而窩電會(huì)阻礙風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)，因?yàn)楸旧砣济喊l(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電已經(jīng)足夠本地電能消費(fèi)，自然無(wú)須風(fēng)力發(fā)電，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備擱置，造成社會(huì)資源浪費(fèi)。提高電能消納水平，應(yīng)鼓勵(lì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)過(guò)程中提高電能利用水平，但是因?yàn)殡娔苁怯袃斚M(fèi)，價(jià)格影響之下會(huì)抑制消費(fèi)能力，需要考慮當(dāng)?shù)氐木唧w情況，再調(diào)整價(jià)格。這就需要市場(chǎng)機(jī)制充分地進(jìn)入電力市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)靈活的消費(fèi)機(jī)制，刺激當(dāng)?shù)仉娔芟?。只有如此，才能使?dāng)?shù)仫L(fēng)力發(fā)電融入電網(wǎng)中，提高潔能發(fā)電使用率，改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境水平。

3.4降低功率耗損以及電網(wǎng)壓力

電網(wǎng)功率通常劃分為兩種：有功率消耗;無(wú)功率消耗。要想更好地對(duì)風(fēng)電網(wǎng)的有效功率進(jìn)行計(jì)算，需要選擇合理的導(dǎo)線路徑，在傳輸量最大的基礎(chǔ)上降低電阻的壓力值，最大范圍內(nèi)降低以及減少有效功率的損耗，保證有效功率傳輸?shù)母咝?。?duì)產(chǎn)生的無(wú)效功率，要依據(jù)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的實(shí)際情況，有選擇地選用專業(yè)變壓器來(lái)負(fù)責(zé)電場(chǎng)的供電以及發(fā)電，針對(duì)性地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。在我國(guó)當(dāng)前風(fēng)電新能源的發(fā)展現(xiàn)狀及其并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)講，整合風(fēng)力電網(wǎng)資源，開展無(wú)功補(bǔ)償，采用并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)以及靜止無(wú)功電力補(bǔ)償器三種電力損耗無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞健３浞纸Y(jié)合電網(wǎng)的基本特點(diǎn)以及電網(wǎng)建設(shè)的基本需求，針對(duì)性選擇可以最大限度降到風(fēng)力電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的建設(shè)方案，有效降低功率損耗，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)效益[3]。

3.5風(fēng)電功率評(píng)估

對(duì)風(fēng)電進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)，需要采用很對(duì)并網(wǎng)技術(shù)，其中，最主要的是對(duì)風(fēng)力發(fā)電量進(jìn)行評(píng)估。首先，在該技術(shù)當(dāng)中，主要應(yīng)用了天氣遇到的分析信息，由于我國(guó)天氣預(yù)報(bào)技術(shù)較為完善，使得其采集到的天氣信息較為準(zhǔn)確，為風(fēng)力發(fā)電以及并網(wǎng)提供了良好支持。其次，通過(guò)對(duì)風(fēng)電設(shè)備周邊信息的采集，準(zhǔn)確掌握風(fēng)電場(chǎng)所的具體情況，并以此為基礎(chǔ)，確定出輪轂的風(fēng)向，以及風(fēng)力的流動(dòng)速度。最后，利用上述得到的結(jié)果，可繪制出相應(yīng)的功率曲線，從而推導(dǎo)出風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率。通過(guò)這一技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)轱L(fēng)機(jī)的選擇提供重要幫助，從根本上改善了預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，極大程度上提升了預(yù)測(cè)的精確度。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，風(fēng)電并網(wǎng)是必然趨勢(shì)，是我國(guó)綠色可持續(xù)發(fā)展的根本保證。其中，關(guān)鍵點(diǎn)是如何降低風(fēng)力發(fā)電具有的諧波、閃變現(xiàn)象，使其具有的反調(diào)峰特性降低。而最終的指向都是智能電網(wǎng)建設(shè)，因?yàn)槠鋸奈⒂^上可以確保風(fēng)電并網(wǎng)更加順利，宏觀上可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)緩解窩電，使提高風(fēng)電并網(wǎng)的效率。

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