風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問題研究

張小雷

（中廣核新能源投資（深圳）有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000）

風力發(fā)電是利用自然界風力將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電形式，光伏發(fā)電則是直接將太陽能資源轉(zhuǎn)化為電能。這兩種供電方式清潔無污染，在保護自然環(huán)境和節(jié)約資源方面起著十分積極的作用。但在和電網(wǎng)并網(wǎng)以后實際運行調(diào)試中還是會出現(xiàn)一些問題，這些問題的存在會影響整個電力系統(tǒng)的運行可靠性。

應加強對并網(wǎng)系統(tǒng)的研究，強化技術(shù)創(chuàng)新，制定針對性的解決方案才能確保供電的安全。

1 風力發(fā)電與光伏發(fā)電并網(wǎng)的特點和現(xiàn)狀

1.1 并網(wǎng)風力發(fā)電特點和現(xiàn)狀

并網(wǎng)型風力發(fā)電指的是將風力發(fā)電系統(tǒng)和市政電網(wǎng)實現(xiàn)并網(wǎng)以后，在市政電網(wǎng)發(fā)電的基礎上利用風能這種可再生清潔能源作為電力系統(tǒng)供電的一種補充。利用風能這種清潔能源，可降低對周圍環(huán)境的污染。風能可實現(xiàn)循環(huán)利用，提高了資源的利用率，降低對不可再生能源的消耗。但是，該發(fā)電形式在實現(xiàn)和市政電網(wǎng)并網(wǎng)以后，受風力資源自身特點的限制，比如，風速的不穩(wěn)定使得監(jiān)管部門無法及時獲取風力資源變化信息，加上技術(shù)不夠成熟不能提前儲存大量風力資源，就會在需要用電時影響風力發(fā)電的效果和電網(wǎng)的正常運行。未來對于并網(wǎng)型的風力發(fā)電有很好的前景，需進一步加大對風力發(fā)電及其并網(wǎng)的投入和研究。

1.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電特點和現(xiàn)狀

并網(wǎng)型光伏發(fā)電指的是將太陽能光伏發(fā)電與電力系統(tǒng)連接起來組成并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，可以為電力系統(tǒng)提供無功和有功功率，實現(xiàn)光熱資源向電能資源的轉(zhuǎn)換，并利用變壓器將變成和電網(wǎng)相一致的電壓，使得電能在電網(wǎng)中正常傳送。光伏發(fā)電不需要蓄電池，就減少了資源的消耗和對環(huán)境的污染，同時，可實時供電，運行也更加安全和環(huán)保，且操作起來簡便，具有很高的經(jīng)濟和社會效益。但光伏發(fā)電同樣會受到環(huán)境和技術(shù)因素的影響，在未來還需加大資金方面的投入，加大技術(shù)研究。

2 風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)中存在的問題

2.1 并網(wǎng)過程中容易出現(xiàn)孤島效應

并網(wǎng)過程中的孤島效應指的是電網(wǎng)中某個區(qū)域中設置有電流通路，但是實際運行時沒有電流通過，比如，電網(wǎng)系統(tǒng)維修不當或故障一直沒有解決而導致電力失壓，用戶端不能及時該故障導致用戶端的供電系統(tǒng)切出市政電網(wǎng)，使得風力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)形成了一個供電孤島。孤島效應發(fā)生的主要原因和風力發(fā)電與光伏發(fā)電的總?cè)萘刻蠖绊懥擞脩舳说墓╇娰|(zhì)量，孤島區(qū)域會產(chǎn)生較強的電壓和額沖擊電流，在電壓和電流的作用下會損壞電力設備，還會影響配電系統(tǒng)的整體運行。所以，一般會設置預防孤島效應的設施措施，包括對電網(wǎng)的電壓、頻率變化裝置進行檢測、加強對電網(wǎng)頻率移位、流過電流的阻抗、相位跳躍、相位諧波和不穩(wěn)定電流等的監(jiān)控等。風力發(fā)電與光伏發(fā)電的增多會對電力系統(tǒng)孤島效應產(chǎn)生越來越多危害，只有研究從根本上可以解決孤島效應的技術(shù)措施，才能確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.2 自然環(huán)境影響并網(wǎng)的可靠性

影響風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)可靠性的因素有很多，其中，風速、光照等自然因素因為其本身就具有很大的不確定性、隨機性，所以對于風力發(fā)電和光伏發(fā)電的影響更大。比如，風速的不可控導致風力發(fā)電的頻率波動變大，在實現(xiàn)和電網(wǎng)并網(wǎng)后會影響整個電力系統(tǒng)運行時電壓、頻率的穩(wěn)定。在并網(wǎng)初期易產(chǎn)生電壓諧波，當風速變化太快時，還會導致風電場及其臨近電網(wǎng)電壓出現(xiàn)閃變現(xiàn)象，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全可靠。在光伏發(fā)電方面，光伏發(fā)電的效果受到日照時間、強度、溫度和季節(jié)、濕度等因素的影響，使得光伏發(fā)電機組發(fā)電功率波動性較大，很難在并網(wǎng)后和風力發(fā)電系統(tǒng)配合，最終影響電力系統(tǒng)運行的安全可靠。

2.3 發(fā)電機組制作技術(shù)影響并網(wǎng)可靠性

風力和光伏發(fā)電技術(shù)都是從國外引進的先進技術(shù)，但是，在利用這些技術(shù)和自發(fā)研究方面還不夠成熟。關于風力發(fā)電和光伏發(fā)電機組運行不管在理論上還是在實際設計制造方面，存在不科學不合理的地方，在利用這些新技術(shù)時，也存在一定的盲目性和不確定性，從而影響了風力發(fā)電和光伏發(fā)電的可靠，在實現(xiàn)并網(wǎng)以后，導致整個電力系統(tǒng)的運行也受到影響，隨著發(fā)電容量的增加而降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，在有關并網(wǎng)運行方面出臺了相關標準，但是，和發(fā)電機組運行可靠性評估有關的措施并沒有得到有效落實，實施的規(guī)范中未包括發(fā)電系統(tǒng)運行安全可靠性的測試，這和風電機組和光電機組制造企業(yè)重視經(jīng)濟利益而忽視產(chǎn)后運行問題有關，所以，對機組運行的安全可靠性研究被淡化，以至于影響風電機組和光電機組運行的安全可靠，使并網(wǎng)后電力系統(tǒng)運行安全問題更加突出。要加大對風力發(fā)電機組和光伏發(fā)電機組的技術(shù)研究，盡量開發(fā)出適合我國國情的可以有效提高風電機組和光電機組運行可靠性的制造技術(shù)，并全面掌握新技術(shù)，才能降低風電和光電并網(wǎng)后對系統(tǒng)運行可靠性的影響。另外，還要不斷完善和系統(tǒng)運行可靠性檢測相關的標準，加強對風力并網(wǎng)和光電并網(wǎng)后運行可靠性的監(jiān)管。

2.4 增加企業(yè)經(jīng)濟負擔，影響效益

風力發(fā)電與光伏發(fā)電的可靠性較差，但是，這兩種發(fā)電方式和綠色環(huán)保的理念相符合，所以是未來全世界范圍內(nèi)重點發(fā)展的供電形式。為了充分發(fā)揮這兩種發(fā)電方式的優(yōu)勢，使其在實現(xiàn)和電網(wǎng)并網(wǎng)以后能安全穩(wěn)定地運行，要對其中的一些問題進行分析和解決。從經(jīng)濟角度來看，這兩種新能源的應用與發(fā)展會影響傳統(tǒng)發(fā)電形式，導致不少火力發(fā)電廠及其設備被閑置造成了不少的經(jīng)濟損失。此外，由于風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)以后也容易出現(xiàn)故障，后期對設備的維修養(yǎng)護需要投入不少人力物力，使得電力企業(yè)的成本增加，影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3 風力發(fā)電與光伏發(fā)電并網(wǎng)解決措施

3.1 探究有效的新型配電系統(tǒng)

從配電系統(tǒng)發(fā)展完善方面來看，應根據(jù)風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)后的運行特點探究更加有效的新型配電系統(tǒng)，加強理論研究的同時，還要實地考察風力發(fā)電與光伏發(fā)電電源位置和方向，研究兩者的容量、并網(wǎng)方式是否科學合理，或減少因為容量過大或并網(wǎng)連接不合理而引起的電壓諧波和電壓波動問題。在未來，應合理規(guī)劃并網(wǎng)電力系統(tǒng)，以確保風力發(fā)電與光伏發(fā)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)運行的安全可靠。

3.2 完善光伏和風力發(fā)電系統(tǒng)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)和風力發(fā)電系統(tǒng)并入到市政電網(wǎng)以后，由于改變了原有電力系統(tǒng)運行特征，所以在實際運行中容易出現(xiàn)故障問題，且這些故障大部分是電氣量方面的故障，是因為風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)電容量過大引起的。但因為風力發(fā)電和光伏發(fā)電本身具有較強的不確定性和不可控性，導致這些故障也變得更加復雜好多變，給電網(wǎng)運行檢測工作帶來很大的困難，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這時，就需要電力企業(yè)結(jié)合電網(wǎng)實際情況加強對相應并網(wǎng)系統(tǒng)保護方式的研究，并采用新的科學技術(shù)使光伏和風力發(fā)電系統(tǒng)得到完善。

對于風力發(fā)電系統(tǒng)而言，應該集中化投產(chǎn)，將風電項目設置在風力資源豐富的區(qū)域，但是，離電負荷中心距離較遠，輸電線路建設較長，且受到通道斷面的限制。需要重新科學合理地規(guī)劃與設計整個電力系統(tǒng)，使風力發(fā)電機組并網(wǎng)中減少次同步振蕩的問題，可以有效避免對風電機組設備的損壞，避免對整個電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重的影響。

3.3 加大對并網(wǎng)孤島效應的檢測力度

在并網(wǎng)逆變器負載影響下，并網(wǎng)時可能出現(xiàn)斷電發(fā)生的反向輸出電壓頻率，這時，逆變器輸出頻率出現(xiàn)較大誤差，長此以往就會出現(xiàn)孤島效應。為此，應以逆變器輸出頻率為基礎，利用檢測設備檢測頻率偏移情況并將檢測的結(jié)果及時發(fā)送到值班人員以便及時處理。在電網(wǎng)正常運行時，應發(fā)揮并網(wǎng)中逆變器的作用，使公共電網(wǎng)輸出電流頻率和并網(wǎng)系統(tǒng)保持一致，但剛出現(xiàn)較大相位差時，應及時對兩者的差距進行檢測，掌握電壓電流的變化情況，分析并網(wǎng)系統(tǒng)中是否存在孤島效應。該檢測方式操作簡便且能直觀了解問題所在，應用度更高。

4 結(jié)語

本文對風力發(fā)電與光伏發(fā)電并網(wǎng)的特點和發(fā)展現(xiàn)狀進行了簡單介紹，指出這兩種新能源發(fā)電方式在實際運行調(diào)試中容易出現(xiàn)孤島效應、可靠性和經(jīng)濟效益方面的問題。所以，要認真研究和全面掌握風力發(fā)電與光伏發(fā)電在并網(wǎng)實現(xiàn)中存在的問題及其原因，探析解決風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問題的措施，并不斷加強對并網(wǎng)孤島效應的檢測、探究新型的有效配電系統(tǒng)、完善光伏和風力發(fā)電系統(tǒng)，促使我國電力事業(yè)健康穩(wěn)定地發(fā)展。