風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

李強(qiáng)軍

（黑龍江龍?jiān)葱履茉窗l(fā)展有限公司，黑龍江 黑河 164300）

1 風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行概述

1.1 具體發(fā)電流程

在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)力通過(guò)輪葉持續(xù)帶動(dòng)輪轂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，持續(xù)由風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能。此外，輪轂裝置借助風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備內(nèi)部所配置傳動(dòng)裝置持續(xù)將轉(zhuǎn)子裝置的機(jī)械動(dòng)能傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，從而消耗機(jī)械動(dòng)能以持續(xù)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)作業(yè)，最終將機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，電能再經(jīng)由變換器接入電網(wǎng)，供應(yīng)終端用電設(shè)備的運(yùn)行。

1.2 主要運(yùn)行特點(diǎn)

第一，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)規(guī)模較大。相較于獨(dú)立運(yùn)行的離網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)，接入電網(wǎng)運(yùn)行的并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電規(guī)模普遍較大（由數(shù)百臺(tái)上下風(fēng)電機(jī)組共同構(gòu)成），并得到大電網(wǎng)的有力補(bǔ)償以及支持，大幅提高了對(duì)風(fēng)力資源的實(shí)際應(yīng)用率。

第二，自動(dòng)化程度高。相較于其他發(fā)電運(yùn)行模式，風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)行過(guò)程中基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，很難受到除風(fēng)能（風(fēng)速、風(fēng)力）以外各項(xiàng)因素的干擾影響[1]。

第三，電能輸出功率高波動(dòng)性。由于風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)行過(guò)程中，各發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行效率、電能輸出功率主要取決與風(fēng)力大小與風(fēng)速（風(fēng)能），因此具有電能輸出功率的高波動(dòng)性與間歇性特征。且這一問(wèn)題在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中尤為明顯。

2 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量所造成的具體影響

2.1 造成電網(wǎng)沖擊

目前，我國(guó)多數(shù)并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)普遍選擇配置異步電機(jī)設(shè)備，并在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中需要滿(mǎn)足特定要求（如將相序以及電網(wǎng)在同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)中的轉(zhuǎn)速控制在同步速度）時(shí)才能保障入網(wǎng)。但是由于目前我國(guó)多數(shù)并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)所配置異步電機(jī)設(shè)備中普遍缺乏配置獨(dú)立運(yùn)行的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，且在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)備階段中會(huì)出現(xiàn)電壓歸零現(xiàn)象。因此，在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行早期階段中會(huì)出現(xiàn)電壓穩(wěn)定過(guò)渡階段，并在穩(wěn)定過(guò)渡階段中出現(xiàn)一定電流值的沖擊電流，在適當(dāng)時(shí)間后，電壓逐漸穩(wěn)定、并長(zhǎng)期保持這一穩(wěn)定狀態(tài)。而所產(chǎn)生的沖擊電流也會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較為微弱的干擾影響。由于并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)具有風(fēng)力規(guī)模較大的運(yùn)行特征，從而加大了沖擊電流對(duì)小容量電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量所造成的影響程度。例如，電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中受到?jīng)_擊電流的影響干擾，出現(xiàn)電壓驟降、各類(lèi)電力設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性降低等一系列問(wèn)題。

2.2 影響電網(wǎng)頻率

相較于離網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)，由于并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)具有發(fā)電規(guī)模大的運(yùn)行特征，因此風(fēng)電場(chǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中向所接入電網(wǎng)輸出大量電能，從而加大了并網(wǎng)型電網(wǎng)電能輸出功率高波動(dòng)性運(yùn)行特征的影響系數(shù)（風(fēng)電場(chǎng)輸出電能功率波動(dòng)幅度越大、電網(wǎng)頻率受影響系數(shù)便越高）。此外，在電網(wǎng)受到風(fēng)電場(chǎng)電能輸出功率因素影響時(shí)，不但會(huì)在一定程度上改變電網(wǎng)頻率，也會(huì)以此為誘因引發(fā)一系列連鎖問(wèn)題的出現(xiàn)（如電壓降低、部分低壓穿透性較差的機(jī)組出現(xiàn)停機(jī)問(wèn)題等），并最終導(dǎo)致整體電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性（以及頻率）的下降。而在風(fēng)能越?。L(fēng)速越低、風(fēng)力越?。r(shí)，電網(wǎng)頻率以及運(yùn)行穩(wěn)定性的受影響系數(shù)便會(huì)越高。

2.3 電壓波動(dòng)與閃變影響

由于風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)行過(guò)程中存在較高的電能輸出功率不穩(wěn)定性特征，因此在各項(xiàng)風(fēng)電發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中輸出電能功率出現(xiàn)大幅波動(dòng)問(wèn)題時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng)（機(jī)端電壓與并網(wǎng)點(diǎn)電壓受到影響影響出現(xiàn)波動(dòng)），最終產(chǎn)生閃變現(xiàn)象（由于電網(wǎng)電壓值穩(wěn)定，因此在風(fēng)電場(chǎng)輸出功率出現(xiàn)波動(dòng)問(wèn)題時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)端電壓與并網(wǎng)點(diǎn)電壓出現(xiàn)波動(dòng)，并在波動(dòng)程度較大時(shí)出現(xiàn)閃變現(xiàn)象）。而電能輸出功率的波動(dòng)幅度越大，閃變現(xiàn)象的出現(xiàn)征兆也會(huì)更為明顯，這也是電網(wǎng)閃變影響問(wèn)題的主要出現(xiàn)原理。此外，在所配置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，受到風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)等多方面因素的干擾影響，也有一定可能出現(xiàn)葉輪轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性下降、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率大幅波動(dòng)的問(wèn)題，且輸出功率波動(dòng)幅度會(huì)隨著湍流強(qiáng)度的提升而不斷加大。而電網(wǎng)電壓波動(dòng)現(xiàn)象的主要出現(xiàn)原理為：由于多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)普遍存在短路容量小、分布于電網(wǎng)尾端的特征，因此在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中外界影響因素出現(xiàn)大幅變化時(shí)（如風(fēng)速變化、控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常運(yùn)行問(wèn)題），都會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的輸出功率出現(xiàn)程度不一的變化，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性下降、產(chǎn)生波動(dòng)、降低電網(wǎng)電能質(zhì)量[2]。

2.4 短路電流影響

由于當(dāng)前我國(guó)多數(shù)并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)普遍選擇配置異步電機(jī)設(shè)備，因此在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，受到電動(dòng)勢(shì)作用影響而向短路點(diǎn)輸送短路電流，使得電網(wǎng)短路電流值有所加大。針對(duì)這一問(wèn)題，需要采取適當(dāng)措施降低風(fēng)電場(chǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)短路電流數(shù)值的影響系數(shù)。

3 降低風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)影響系數(shù)、改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的有效措施

3.1 應(yīng)用改善無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

在當(dāng)前我國(guó)多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)中，所配置異步電機(jī)設(shè)備普遍為感性元件，唯有在設(shè)備運(yùn)行中得到充足的無(wú)功支持，才能為電網(wǎng)電能質(zhì)量以及運(yùn)行穩(wěn)定性提供必要保障。此外，需要結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際情況（如接入點(diǎn)電壓數(shù)值），選擇適當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償量。這一措施的具體內(nèi)容為：在風(fēng)電場(chǎng)中構(gòu)建超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)、配置適當(dāng)型號(hào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，并結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際情況以調(diào)節(jié)、制定適當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓的有效控制。將裝置位于風(fēng)電場(chǎng)出口處安裝，發(fā)揮提高節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定性的應(yīng)用效用。系統(tǒng)則發(fā)揮調(diào)節(jié)功率補(bǔ)償、降低電能輸出功率動(dòng)態(tài)波動(dòng)系數(shù)的應(yīng)用效用[3]。

3.2 做好風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電預(yù)測(cè)工作

目前，在并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)能大?。L(fēng)速與風(fēng)力大?。⒅苯記Q定風(fēng)電場(chǎng)電能輸出功率以及電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。因此，需要采取多項(xiàng)管理措施與預(yù)測(cè)技術(shù)，在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中周期性對(duì)后續(xù)一定時(shí)間階段內(nèi)的風(fēng)能大小進(jìn)行預(yù)測(cè)，隨后基于預(yù)測(cè)結(jié)果開(kāi)展風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)度等工作，提起制定、采取問(wèn)題預(yù)防與解決措施，最大程度規(guī)避電網(wǎng)沖擊、電壓波動(dòng)等問(wèn)題的出現(xiàn)，并將問(wèn)題的影響范圍控制在一定程度內(nèi)，最終降低風(fēng)能等外界因素對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率以及電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響系數(shù)。

3.3 應(yīng)用輕型直流輸電連接技術(shù)

在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，輕型直流輸電連接技術(shù)的應(yīng)用原理為：采用以基于脈沖寬度調(diào)制控制方式的電壓源換流器電網(wǎng)連接方式，憑借其較為優(yōu)異的直流輸電性能，從而控制電源分散影響、提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。而通過(guò)對(duì)輕型直流輸電連接技術(shù)的應(yīng)用，風(fēng)電場(chǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)從根源上優(yōu)化解決所出現(xiàn)的輸電走廊運(yùn)行問(wèn)題（通過(guò)控制電源分散影響以解決問(wèn)題）。同時(shí)，由于該技術(shù)也具有一定程度的無(wú)功補(bǔ)償自我控制能力，因此也適當(dāng)降低了短路容量對(duì)風(fēng)電場(chǎng)容量所起的限制作用影響系數(shù)，側(cè)面實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量以及運(yùn)行穩(wěn)定性的優(yōu)化提升。

4 結(jié) 論

在當(dāng)前時(shí)代背景下，為貫徹落實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展號(hào)召、構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會(huì)，需要充分提高對(duì)風(fēng)能這一可再生能源的利用率，提高風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，需要全面分析風(fēng)電場(chǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行中對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成各項(xiàng)影響問(wèn)題的主要成因，隨后結(jié)合實(shí)際情況靈活采取優(yōu)化措施，最終實(shí)現(xiàn)提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)接納能力、改善電網(wǎng)供電質(zhì)量的目的。