分布式風電運行安全穩(wěn)定性的提升方法探討

王宇峰

【摘? 要】隨著資源、能源的大量消耗，可再生能源的開發(fā)利用越來越受到人們的關(guān)注。分布式風力發(fā)電是將自然風的風能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，值得被進一步開發(fā)利用。論文針對分布式風電安全穩(wěn)定運行的方法進行探討，以期保證電網(wǎng)的正常運行。

【Abstract】With the large consumption of resources and energy， people pay more and more attention to the development and utilization of renewable energy. Distributed wind power generation is a power generation technology that converts the wind energy of natural wind into power energy， which is worthy of further development and utilization. This paper discusses the methods for safe and stable operation of distributed wind power， so as to ensure the normal operation of the grid.

【關(guān)鍵詞】分布式風電;安全穩(wěn)定;運行;發(fā)電技術(shù);提升方法

【Keywords】distributed wind power; safety and stability; operation; power generation technology; promotion methods

【中圖分類號】TM614? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）07-0107-02

1 引言

風能是一種清潔無污染的可再生能源，具有巨大的開發(fā)利用價值。近年來，風能的利用效率得以進一步的提升，使得分布式風力發(fā)電成為一種大范圍使用的全新發(fā)電方式[1]。但是，由于分布式風電運行過程中存在一定的隨機性、間歇性及固有的風電機組特性，降低了電網(wǎng)運行的安全性與穩(wěn)定性。因此，有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當加強對分布式風力發(fā)電安全穩(wěn)定運行方法的研究，從而實現(xiàn)可再生資源及新發(fā)電技術(shù)的有效應(yīng)用[2]。

2 分布式風電的基礎(chǔ)內(nèi)容及特點

分布式風電是以風力發(fā)電機作為分布式電源，將風能轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)，分布式風力發(fā)電的功率一般集中在幾千W至百MW之間，也有建議將其控制在30～50MW的范圍內(nèi)。分布式風力發(fā)電是一種新型且發(fā)展空間廣闊的可再生能源發(fā)電模式。在日益增長的電能需求影響下，分布式風力發(fā)電以其自身的高效率、成本投入低、靈活便捷、建設(shè)周期短及環(huán)境破壞程度低等綜合優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建。當前社會發(fā)展進程中，煤炭等非可再生資源被大量消耗，為保證資源能源的可持續(xù)發(fā)展，風能、太陽能等可再生資源得到了極大程度的開發(fā)利用[3]。分布式風力發(fā)電區(qū)別于傳統(tǒng)煤炭發(fā)電方式，具有設(shè)計、建設(shè)周期短且不會對自然環(huán)境造成不良的影響等特點。但是其缺點也比較明顯，因為不是每個區(qū)域的風量都能滿足風力發(fā)電的要求，而且自然風的風向變化、風速等都是不可控的。基于此，有關(guān)人員應(yīng)當合理選擇風力發(fā)電的地理位置，同時，還要充分考慮分布式風力發(fā)電的綜合影響因素，從而保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

3 分布式風電的技術(shù)類型

3.1 恒速恒頻技術(shù)

恒頻指的是在風力發(fā)電機與電網(wǎng)系統(tǒng)并聯(lián)運行過程中，二者之間的頻率必須保持一致。而恒速恒頻是指在分布式風力發(fā)電過程中，風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持不變，以此得到恒定的頻率。可再生風能利用效率有限、葉片性能要求高、無法有效控制機組輸出功率，還需要安裝無功補償裝置是恒速恒頻發(fā)電機運行的基本特點，其在一定程度上限制了并網(wǎng)風力發(fā)電場容量及規(guī)模的擴充。

3.2 變速恒頻技術(shù)

在風力發(fā)電過程中分布式風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速可隨著自然風速發(fā)生變化，再應(yīng)用其他控制處理方式得到相應(yīng)的恒定頻率是變速恒頻技術(shù)的主要特點。變速恒頻發(fā)電是一種新型風力發(fā)電技術(shù)，以控制調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流大小、頻率大小、相位或者變槳距離來實現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。變速恒頻技術(shù)可在相對較寬的風速范圍內(nèi)始終維持近乎恒定的最佳葉尖速比，進而達到最大的風能轉(zhuǎn)換率。在此基礎(chǔ)上，有關(guān)的技術(shù)人員可運用靈活的控制措施合理調(diào)節(jié)電網(wǎng)系統(tǒng)的有功、無功功率，以達到限定諧波電流、降低機組設(shè)備消耗并提升系統(tǒng)運行效率的目的，從而在很大程度上提高分布式風力發(fā)電系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性。相對于恒速恒頻技術(shù)來說，變速恒頻技術(shù)應(yīng)用過程中所需的設(shè)備設(shè)施更加昂貴，但是其成本投入在大型風力電機組設(shè)備中所占的比例并不大，值得全面推廣應(yīng)用。

4 分布式風電安全穩(wěn)定運行的方法

4.1 分布式風電場低電壓穿越

隨著分布式風力發(fā)電裝機容量的迅速擴充，對于風力發(fā)電的電網(wǎng)系統(tǒng)運行做出了進一步的規(guī)范：

①如果并電網(wǎng)點電壓下降到并網(wǎng)運行狀態(tài)下額定電壓的1/5時，分布式風力發(fā)電場內(nèi)的機組設(shè)備應(yīng)保持并網(wǎng)運行625ms的低電壓穿越標準要求。②確保分布式風力發(fā)電場電壓呈下降趨勢的2s之內(nèi)可恢復(fù)到額定電壓值的90%，并保證分布式風力發(fā)電機組的并網(wǎng)運行。③使分布式風力發(fā)電場內(nèi)的并網(wǎng)電壓保持在標準電壓的90%～110%，為電場內(nèi)的風電機組設(shè)備的安全平穩(wěn)運行提供保障。

4.2 短路比

通常情況下，分布式發(fā)風力發(fā)電場應(yīng)用的電力變換裝置可快速調(diào)節(jié)電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓電流，如此很可能導致電網(wǎng)系統(tǒng)電壓暫態(tài)穩(wěn)定的問題。為妥善解決相關(guān)問題，防止由于分布式電源接入引起的電網(wǎng)電壓產(chǎn)生的大幅波動，有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當合理控制短路比，將分布式電源短路比設(shè)置在不小于10的數(shù)值范圍，電網(wǎng)運行過程中電源接入點短路電流/電源機組設(shè)備的額定電流=分布式電源短路比。

4.3 無功

風力發(fā)電機組和無功補償裝置是分布式風力發(fā)電場內(nèi)無功電源的兩個重要組成部分，風電場內(nèi)的無功補償需要依靠分布式風電機組的無功容量來完成。同時，單純依賴于風電機組的無功容量無法滿足電網(wǎng)系統(tǒng)運行過程中電壓電流調(diào)節(jié)的需要。針對這種問題最有效的處理辦法是有關(guān)技術(shù)人員根據(jù)電網(wǎng)運行的實際要求，在分布式風力發(fā)電場內(nèi)集中安裝自動電壓調(diào)節(jié)的無功補充裝置。當前，STATCOM/SVC等是可替代普通并聯(lián)電容器組的無功補償裝置，這些設(shè)備裝置可動態(tài)平衡由分布式風電輸出功率變化引起的無功需求變化，逐步提升電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

4.4 電流質(zhì)量及諧波電流控制

科學合理控制分布式風力發(fā)電場內(nèi)電網(wǎng)運行的電流質(zhì)量及注入系統(tǒng)的諧波電流，可提升電網(wǎng)運行的安全性與穩(wěn)定性。所以，有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)重點關(guān)注注入電網(wǎng)系統(tǒng)公共連接點的諧波電流值與變電站短路容量及各次諧波值，將電網(wǎng)產(chǎn)生的電能質(zhì)量控制在國家規(guī)定的標準范圍內(nèi)。針對引起諧波電流值異常的原因進行深入的分析，再根據(jù)分布式風力發(fā)電系統(tǒng)運行的具體要求合理設(shè)定電能質(zhì)量的諧波電流值，以此確保電網(wǎng)的穩(wěn)定正常運行。

4.5 接入點可負荷的最大風電容量

在分布式風力發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，風電接入的容量負荷受到多種綜合因素的影響，例如，電源接入系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、機組設(shè)備的運行狀態(tài)、發(fā)電設(shè)備設(shè)施的調(diào)節(jié)功能，等等。以下是影響風電接入容量的幾點因素：

①分布式電網(wǎng)系統(tǒng)運行中呈現(xiàn)出不同程度的機組設(shè)備調(diào)節(jié)能力。②分布式風力發(fā)電場內(nèi)不同接入點負荷能力的大小。③機組設(shè)備類型及無功補償裝置的運行情況。④區(qū)域性風電容量負荷特點。⑤分布式風力發(fā)電場與電網(wǎng)的連接方式。

現(xiàn)階段，確定接入點可負荷的最大風電容量的方法具體包括頻率限定、靜態(tài)安全限制、短路容量測試及時間區(qū)域仿真等，有關(guān)的技術(shù)人員需要結(jié)合不同分布式風力發(fā)電場的運行要求應(yīng)用相應(yīng)的處理辦法，進一步確定系統(tǒng)接入點的最大風電容量，從而提升分布式風力發(fā)電系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性。

5 分布式風電安全穩(wěn)定運行的積極意義

在社會經(jīng)濟快速建設(shè)發(fā)展的影響下，對于電能的需求量急劇上升，火力發(fā)電已經(jīng)無法滿足各行各業(yè)日益增長的用電需求。在這種發(fā)展態(tài)勢下，可再生資源的開發(fā)利用可有效緩解能源資源過度消耗的問題，分布式風力發(fā)電成本投入小、電網(wǎng)系統(tǒng)運行安全可靠且不會造成環(huán)境污染破壞等問題，該技術(shù)的廣泛應(yīng)用有利于解決自然能源緊張及自然生態(tài)環(huán)境污染等問題。分布式風力發(fā)電可有效調(diào)節(jié)用電峰谷，降低用電高峰期電網(wǎng)系統(tǒng)運行的負荷壓力，進一步實現(xiàn)電能資源的科學合理配置，以此提高風能資源的使用效率。應(yīng)用分布式風力發(fā)電技術(shù)可緩解邊遠山區(qū)居民用電困難的問題。我國風能資源分布廣泛，很多地區(qū)都適合建立風能發(fā)電站，通過構(gòu)建完善的電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)，擴大分布式風能電網(wǎng)覆蓋范圍，為人們的生產(chǎn)生活提供方便。

6 結(jié)論

綜上所述，確保分布式風力發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當有效規(guī)范分布式風電場低電壓穿越要求，針對短路比、無功補償裝置、電流質(zhì)量及諧波電流等進行合理控制，并確定接入點可負荷的最大風電容量，從而構(gòu)建高效的電網(wǎng)并網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)。

【參考文獻】

【1】邵尤國，趙潔，方俊鈞，等.基于負荷分類增長的分布式風電源與電容器聯(lián)合動態(tài)規(guī)劃[J].電網(wǎng)技術(shù)，2019，43（1）：316-323.

【2】陳浩，馬平.基于APSO算法的分布式風電源選址定容優(yōu)化[J].青島農(nóng)業(yè)大學學報：自然科學版，2019，36（3）：224-229.

【3】賈云輝，張峰.考慮分布式風電接入下的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多元儲能雙層優(yōu)化配置研究[J].可再生能源，2019，37（10）：1524-1532.