風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題的探究

滕正福

（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160）

風(fēng)力發(fā)電依靠的是自然界的風(fēng)資源，同理，光伏發(fā)電依靠的是太陽(yáng)能，這兩種發(fā)電模式都是跟隨新能源開(kāi)發(fā)應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，具有十分明顯的環(huán)保優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，且都可以維護(hù)自然界的生態(tài)平衡，節(jié)約能源的消耗。但不可否認(rèn)的是，這兩者電網(wǎng)的并網(wǎng)本身也存在一定的困難，在調(diào)試的時(shí)候也會(huì)遇到一定的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而影響整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠性，所以在新時(shí)期，也應(yīng)當(dāng)針對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)展開(kāi)更為深入的研究。

1 分析風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電并網(wǎng)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

1.1 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電

并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電強(qiáng)調(diào)的是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和市政電網(wǎng)的充分結(jié)合，本質(zhì)上是以市政電網(wǎng)發(fā)電為基礎(chǔ)，以風(fēng)能這種可再生清潔能源作為輔助的新型供電形式，風(fēng)能的利用可以降低環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)循環(huán)往復(fù)的開(kāi)發(fā)，提高了資源的利用效率，可再生能源的消耗負(fù)擔(dān)也就此被減輕。但不可否認(rèn)的是，這種發(fā)電模式會(huì)受到風(fēng)力資源本身的限制，如果風(fēng)速不夠穩(wěn)定，那么監(jiān)管部門(mén)也無(wú)法敏銳的捕捉到資源變化的信息和動(dòng)態(tài)。若是利用和開(kāi)發(fā)的技術(shù)不夠成熟，不能針對(duì)風(fēng)力資源做出提前的儲(chǔ)存，就必然會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電的效果。

1.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電

并網(wǎng)光伏發(fā)電強(qiáng)調(diào)的是把太陽(yáng)能光伏發(fā)電和電網(wǎng)系統(tǒng)連接到一起，目的是給電力系統(tǒng)提供無(wú)功和有功功率，推動(dòng)光熱資源向著電能資源的順利轉(zhuǎn)化，在變壓器的引導(dǎo)下，將電能資源轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)相一致的電壓，保證后期在系統(tǒng)中的正常傳送。值得注意的是，光伏發(fā)電并不需要使用蓄電池，這就減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)，而且也大大降低了資源的消耗，保證供電的穩(wěn)定性和可靠性，讓電網(wǎng)的運(yùn)行環(huán)境變得更加安全。與此同時(shí)，光伏發(fā)電的運(yùn)作體系并不十分復(fù)雜，反而是在一定程度上省略了許多繁瑣的操作流程，可以獲得大于投資的收益。然而，由于新能源的開(kāi)發(fā)必然意味著技術(shù)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)，而國(guó)內(nèi)的開(kāi)發(fā)手段并未完全成熟，依舊存在較大的進(jìn)步空間，所以在未來(lái)也有一些瓶頸亟待突破。

2 分析風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)中存在的主要問(wèn)題

2.1 孤島效應(yīng)

通常意義上所說(shuō)的孤島效應(yīng)指的是，盡管電網(wǎng)某個(gè)區(qū)域中設(shè)置了電流通路，但在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，電流卻始終沒(méi)有通過(guò)的現(xiàn)象。比如，若是維修的腳步落后于電網(wǎng)系統(tǒng)故障蔓延的速度，或者是問(wèn)題已經(jīng)積重難返，電力就會(huì)由此失壓。另一邊，用戶端對(duì)問(wèn)題的排查也會(huì)出現(xiàn)延遲，必不可能與電網(wǎng)系統(tǒng)的故障處理保持同步，這就會(huì)讓遠(yuǎn)距離的用戶端供電系統(tǒng)與市政電網(wǎng)相隔開(kāi)來(lái)，電網(wǎng)與電網(wǎng)之間也出現(xiàn)了資源傳遞的壁壘——孤島效應(yīng)，這一現(xiàn)象主要集中在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)之間?？v觀孤島效應(yīng)的根源，主要在于風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)與光伏發(fā)電網(wǎng)的總?cè)萘颗c用戶端范圍不符。從而進(jìn)一步損壞電力設(shè)備的運(yùn)行，破壞整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，許多供電企業(yè)都會(huì)針對(duì)孤島效應(yīng)做出一定的預(yù)防工作，包括頻率變化裝置檢測(cè)、電網(wǎng)頻率移位、流過(guò)電阻阻抗、相位跳躍的監(jiān)督等等。同時(shí)值得注意的是，隨著風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電的增多，電力系統(tǒng)的孤島效應(yīng)也會(huì)慢慢增強(qiáng)，危害是顯而易見(jiàn)的，所以必須要加強(qiáng)技術(shù)的研究。

2.2 自然環(huán)境的干擾和限制

筆者在上文中已經(jīng)強(qiáng)調(diào)過(guò)，無(wú)論是風(fēng)力發(fā)電還是光伏發(fā)電的并網(wǎng)，都會(huì)受到周?chē)h(huán)境的限制，而風(fēng)速、光照這些自然因素，本身就具有很大的隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性，所以產(chǎn)生的干擾和影響是最為突出的。例如，風(fēng)速的不可調(diào)控特征就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電的頻率波動(dòng)變大，影響電網(wǎng)并行時(shí)的電壓和頻率的穩(wěn)定。而且，在并網(wǎng)初期，電壓諧波本身就很容易產(chǎn)生，如果風(fēng)速變化過(guò)快，風(fēng)電場(chǎng)和臨近電場(chǎng)的電壓也會(huì)出現(xiàn)閃變的現(xiàn)象。就光伏發(fā)電來(lái)講，由于其自身以太陽(yáng)能為核心依靠，所以也十分依賴(lài)太陽(yáng)的環(huán)境，例如日照的強(qiáng)度和時(shí)間等等，很難在并入電網(wǎng)之后，與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)天衣無(wú)縫的配合，這也會(huì)給電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 發(fā)電機(jī)組制作技術(shù)的限制

當(dāng)下，我國(guó)使用的風(fēng)力和光伏發(fā)電技術(shù)大多都是從國(guó)外引進(jìn)的，但在利用的時(shí)候卻并沒(méi)有積累充足的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，而我國(guó)的自發(fā)研究成果也不夠成熟。無(wú)論是理論研究還是方案規(guī)劃、技術(shù)的選擇與工藝組合都存在一定的盲從性，未來(lái)的開(kāi)發(fā)并不一定就是一帆風(fēng)順、毫無(wú)損失的，很有可能會(huì)限制了風(fēng)能和太陽(yáng)能本身的開(kāi)發(fā)價(jià)值。而且，在真正實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)之后，電力系統(tǒng)的壓力也必然會(huì)隨之增大，發(fā)電容量的拓展在一定程度上也削弱了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。再加上，盡管?chē)?guó)家已經(jīng)針對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行出臺(tái)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但卻并沒(méi)有針對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠性的評(píng)估做相應(yīng)的論述，這就導(dǎo)致企業(yè)在測(cè)試發(fā)電系統(tǒng)安全性的時(shí)候缺乏必要的參考和依托。還有相當(dāng)一部分企業(yè)過(guò)于強(qiáng)調(diào)自身的經(jīng)濟(jì)效益，并沒(méi)有認(rèn)真分析產(chǎn)后運(yùn)行的問(wèn)題，這就讓機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性研究變得沒(méi)有說(shuō)服力和權(quán)威性，導(dǎo)致后續(xù)的安全隱患更加突出。

2.4 經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的加重

盡管目前，風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電的可靠性依舊有待提升，但這兩種發(fā)電方式切合我國(guó)的環(huán)保理念，與我國(guó)綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在異曲同工之妙，所以也會(huì)在未來(lái)獲得更加廣闊的市場(chǎng)。要想真正凸顯出這兩種形式的優(yōu)勢(shì)，就必須要確保問(wèn)題的妥善解決。從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)看，新能源的應(yīng)用必然會(huì)給傳統(tǒng)的發(fā)電形式帶來(lái)一定的沖擊，火力發(fā)電廠的設(shè)備有可能被就此閑置，企業(yè)本身也會(huì)承擔(dān)一定的經(jīng)濟(jì)損失。再加上，無(wú)論是風(fēng)力發(fā)電還是光伏發(fā)電，新發(fā)電模式的結(jié)合都必然會(huì)在后期運(yùn)行的時(shí)候帶來(lái)挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，所以設(shè)備的維修和保養(yǎng)也同樣是一道難題，企業(yè)需要投入大量的人力和物力，這就大大增加了建設(shè)的成本，既影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。也正是在各種條件的限制下，很多企業(yè)出于效率的考量，也不愿意大幅度的對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電進(jìn)行投資，缺乏足夠的耐心和熱情。

3 分析風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電并網(wǎng)的解決措施

3.1 打造全新的配電系統(tǒng)

在未來(lái)，風(fēng)力和太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)必然會(huì)成為資源建設(shè)的重中之重，從配電系統(tǒng)完善的角度來(lái)看，也必須要根據(jù)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在并網(wǎng)運(yùn)行后展現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)，做出進(jìn)一步的探究和分析，除了要夯實(shí)理論基礎(chǔ)之外，還要展開(kāi)一系列的實(shí)地考察，探究風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的電源位置以及建設(shè)方向，針對(duì)兩者的容量、并網(wǎng)方式做出探究，并給出科學(xué)合理的客觀評(píng)價(jià)，這樣也可以幫助解決電壓波動(dòng)問(wèn)題。同時(shí)，也要針對(duì)并網(wǎng)電力系統(tǒng)作出合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，讓風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電能夠有效結(jié)合到一起。

3.2 推動(dòng)系統(tǒng)的延伸和完善

從上文的敘述中可以看出，光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在并入到市政電網(wǎng)之后，原有的電力系統(tǒng)運(yùn)行也會(huì)就此被調(diào)整，展現(xiàn)出來(lái)的特征會(huì)大不相同，所以，實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生故障的可能性被大大提升，而這些故障大多都是電氣量方面的問(wèn)題，歸根于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)過(guò)大的電容量。然而，由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電本身就具有一定的不可控性，所以故障的產(chǎn)生也變得更加復(fù)雜，給電網(wǎng)運(yùn)行檢測(cè)帶來(lái)了極大的困難和挑戰(zhàn)。在這種情況下，電力企業(yè)就應(yīng)當(dāng)針對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)方式，做出更加深入的研究，引進(jìn)新的科學(xué)技術(shù)。就風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來(lái)講，要盡可能集中核心資金與力量，讓產(chǎn)業(yè)投資能夠貼近資源豐富地帶。并且，還要考慮到風(fēng)力發(fā)電與電負(fù)荷中心之間的距離，針對(duì)電力系統(tǒng)做出進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高輸電線路的穩(wěn)定性和通暢性，減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)中的同步振蕩這一問(wèn)題，延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命和周期，打破通道斷面這一限制。

3.3 檢測(cè)并網(wǎng)孤島效應(yīng)

如果并網(wǎng)逆變器負(fù)載的影響并沒(méi)有消除，那么并網(wǎng)時(shí)也可能出現(xiàn)斷電發(fā)生的反向輸出電壓頻率，此時(shí)，逆變器輸出的頻率誤差會(huì)大大增加，長(zhǎng)此以往，孤島效應(yīng)就會(huì)逐步擴(kuò)散。對(duì)此，企業(yè)要關(guān)注逆變器輸出頻率，選擇高精度的儀器設(shè)備檢驗(yàn)頻率偏移的問(wèn)題，并及時(shí)公布檢測(cè)結(jié)果，讓值班人員進(jìn)行閱覽，做出針對(duì)性的處理。在電網(wǎng)正常運(yùn)行的時(shí)候，也要及時(shí)使用逆變器，判斷公共電網(wǎng)輸出和并網(wǎng)系統(tǒng)相一致。如果出現(xiàn)了較大的相位差，就應(yīng)當(dāng)對(duì)兩者的差進(jìn)行檢測(cè)，分析電壓電流的變化規(guī)律和情況，探究孤島效應(yīng)是否存在，更加清晰的展示出電網(wǎng)運(yùn)行的狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，持續(xù)性推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)是合理且必要的舉動(dòng)，這是調(diào)節(jié)我國(guó)資源開(kāi)發(fā)模式的應(yīng)有之策，也是提高電力輸送質(zhì)量和效益的有效措施。本文通過(guò)配電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)的進(jìn)一步完善、孤島效應(yīng)的全方位檢測(cè)這幾個(gè)角度，論述了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)的方法，充分結(jié)合了我國(guó)新能源開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀，具有理論上的合理性與實(shí)踐上的可行性，能夠作為從業(yè)人員的參考依據(jù)。在未來(lái)，企業(yè)也應(yīng)當(dāng)走自主科研和創(chuàng)新的道路，突破技術(shù)上的瓶頸。