大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)條件下的電力系統(tǒng)調(diào)度探析

趙林果

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司延安供電公司，陜西 延安 716000）

隨著風(fēng)電的大規(guī)模建設(shè)，電網(wǎng)需要面臨大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的問(wèn)題，由于風(fēng)電接入電力系統(tǒng)后會(huì)產(chǎn)生比較大的波動(dòng)，導(dǎo)致電網(wǎng)也會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生巨大的不穩(wěn)定，因此，要采用有效措施，降低風(fēng)電的影響。

1 風(fēng)能的優(yōu)勢(shì)和不足

風(fēng)能是一種全新的清潔能源，擁有巨大的儲(chǔ)量，有著巨大的應(yīng)用前景。但是，由于風(fēng)能的各種特點(diǎn)，導(dǎo)致風(fēng)能的應(yīng)用存在很大的問(wèn)題，尤其是缺少基中性和可操作性，并且風(fēng)能的穩(wěn)定性上也有很大不足。在風(fēng)電并入主干電網(wǎng)時(shí)，風(fēng)電的不穩(wěn)定性就會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的影響。

（1）缺少穩(wěn)定性。風(fēng)力是有明顯不可預(yù)測(cè)性的，無(wú)論是風(fēng)力的大小、方向，以及能否起風(fēng)都很難預(yù)測(cè)，從而使得風(fēng)能發(fā)電也并不能像火力等傳統(tǒng)發(fā)電方式能夠進(jìn)行有效地控制，所以，風(fēng)能發(fā)電都有隨機(jī)性、間歇性的特點(diǎn)。這就導(dǎo)致風(fēng)電的質(zhì)量較差，無(wú)論是頻率、電壓，都難以保持穩(wěn)定的狀態(tài)。

（2）風(fēng)能無(wú)法儲(chǔ)存。風(fēng)能并不能像其他發(fā)電形式那樣儲(chǔ)存，因?yàn)轱L(fēng)能發(fā)電只能在有風(fēng)的天氣中進(jìn)行，并不能像水電和火電一樣儲(chǔ)存起來(lái)。為了避免因?yàn)轱L(fēng)能發(fā)電的間歇性導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)的影響，一般會(huì)給發(fā)電機(jī)組安裝儲(chǔ)能設(shè)備，于是，增加了風(fēng)能發(fā)電的成本。

（3）電廠的位置相對(duì)偏遠(yuǎn)。我國(guó)絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)都在西北、華北和東北地區(qū)，這些地區(qū)擁有十分豐富的風(fēng)能資源，有較好的風(fēng)力發(fā)電前景，但風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)所所在的地理位置和其他的發(fā)電廠相對(duì)比較偏遠(yuǎn)。所以，在風(fēng)能并網(wǎng)時(shí)，需要較大的投資。

2 風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)影響

2.1 影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

風(fēng)電本身就有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，風(fēng)電并網(wǎng)后也會(huì)影響主電網(wǎng)，使其變得同樣不穩(wěn)定。風(fēng)能發(fā)電的運(yùn)轉(zhuǎn)都屬于無(wú)功輸出的功率，在并網(wǎng)后會(huì)導(dǎo)致主電網(wǎng)的電壓降低。為此，一般會(huì)在風(fēng)電接入電網(wǎng)之前，專門針對(duì)性地對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，保證電網(wǎng)能夠承受因?yàn)轱L(fēng)電并網(wǎng)所帶來(lái)的的波動(dòng)，做好對(duì)風(fēng)電輸入網(wǎng)功率比例的管控，從而確保并網(wǎng)后主網(wǎng)可以安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電輸出質(zhì)量，其最大的質(zhì)量問(wèn)題在于電壓存在波動(dòng)和閃變，出現(xiàn)這種情況主要來(lái)自風(fēng)力資源的不穩(wěn)定。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組屬于被動(dòng)運(yùn)行，在運(yùn)行方式上存在明顯的局限，其發(fā)電質(zhì)量會(huì)完全隨著風(fēng)的變化而變化。即便在機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)正常，由于風(fēng)速和風(fēng)向都會(huì)改變風(fēng)電機(jī)組的功率輸出，而且這些外界條件都不會(huì)受到人為因素影響，因此，風(fēng)電中的波動(dòng)和閃變都是長(zhǎng)期存在的。同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)后，會(huì)瞬間產(chǎn)生極高的電流，馬上會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生非常大的沖擊，之后，由于局部沖擊，就會(huì)造成電網(wǎng)的電壓下跌。而如果風(fēng)電機(jī)組發(fā)電有大幅度的波動(dòng)或者閃變，也容易導(dǎo)致接入點(diǎn)位置的短路等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，一些電網(wǎng)專門采取了軟著陸的方式解決風(fēng)電系統(tǒng)的波動(dòng)問(wèn)題。而風(fēng)電機(jī)組也會(huì)限制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，如果風(fēng)力過(guò)大，導(dǎo)致超過(guò)了風(fēng)電機(jī)組能夠承受的最大風(fēng)速，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就會(huì)停轉(zhuǎn)或者限制轉(zhuǎn)速。但如果所有發(fā)電機(jī)組都因?yàn)轱L(fēng)速過(guò)大而停轉(zhuǎn)，將會(huì)直接導(dǎo)致局部供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性受到極大的影響。

風(fēng)電機(jī)組在發(fā)電時(shí)也會(huì)產(chǎn)生諧波，同樣會(huì)嚴(yán)重影響主電網(wǎng)的穩(wěn)定性。諧波的產(chǎn)生方式可以概括為兩種。首先，使用恒轉(zhuǎn)風(fēng)電機(jī)組，在軟啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生短促的諧波，但是，這種短波由于持續(xù)時(shí)間非常短，因此，能導(dǎo)致的影響是可以忽略的。另一種是使用變速機(jī)組，在接入電網(wǎng)的瞬間會(huì)產(chǎn)生諧波。由于變速機(jī)組在接入電網(wǎng)的過(guò)程中，會(huì)使用整流裝置和逆變裝置，假如在發(fā)電過(guò)程中未能做好對(duì)電子裝置切換頻率的控制，就容易出現(xiàn)放電機(jī)組同時(shí)補(bǔ)充電容時(shí)和電網(wǎng)的主電路出現(xiàn)諧振，于是，會(huì)產(chǎn)生幅度極大的諧波，會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2.2 影響發(fā)電供電計(jì)劃

電網(wǎng)的發(fā)電供電計(jì)劃都建立在可預(yù)測(cè)的條件下，但是，由于風(fēng)電具有明顯的不可預(yù)測(cè)性，大規(guī)模并網(wǎng)后會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的情況也會(huì)有明顯的不可預(yù)測(cè)性。所以，風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)后會(huì)影響電網(wǎng)的發(fā)電供電計(jì)劃，電網(wǎng)需要針對(duì)風(fēng)電可能出現(xiàn)的波動(dòng)來(lái)進(jìn)行調(diào)整，造成發(fā)電和供電計(jì)劃制定的困難。目前，會(huì)結(jié)合氣象圖、天氣預(yù)告來(lái)對(duì)風(fēng)電的發(fā)電情況作出預(yù)測(cè)，計(jì)算風(fēng)能發(fā)電的供電曲線，然后，再進(jìn)行整個(gè)電網(wǎng)調(diào)度工作的調(diào)整，以便能有效應(yīng)對(duì)風(fēng)電所產(chǎn)生的波動(dòng)。同時(shí)，也要做好對(duì)風(fēng)電波動(dòng)承載量的計(jì)劃，還要為發(fā)生計(jì)劃外的波動(dòng)做好相應(yīng)準(zhǔn)備，并且時(shí)刻做好對(duì)風(fēng)電機(jī)組、主電網(wǎng)等環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)工作，調(diào)度中心做好數(shù)據(jù)的校正，并發(fā)布計(jì)劃給相關(guān)電廠作出調(diào)整和控制，確保發(fā)電的穩(wěn)定性。

2.3 影響電網(wǎng)設(shè)備的容量分配

如果風(fēng)電的功率變化能夠和電網(wǎng)的負(fù)荷變化相一致，那么，風(fēng)電就能自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)峰，大規(guī)模并網(wǎng)后能夠保證電網(wǎng)的穩(wěn)定。但是，風(fēng)電的功率波動(dòng)也有可能和電網(wǎng)的負(fù)荷相反，這就會(huì)加重電網(wǎng)調(diào)峰的困難性。為此，電網(wǎng)需要針對(duì)風(fēng)電分配容量，將一部分調(diào)峰容量用于承載風(fēng)電的波動(dòng)。如果電網(wǎng)的容量不足，并能應(yīng)付風(fēng)電的波動(dòng)，此時(shí)，就要限制風(fēng)電的注入率，不利于大規(guī)模并網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。更重要的是，由于風(fēng)電具有明顯的隨機(jī)特點(diǎn)，因此，理論上波動(dòng)會(huì)極大，完全超出電網(wǎng)的調(diào)控能力。所以，在并網(wǎng)后，系統(tǒng)要保證足夠的容量，確保安全可靠運(yùn)行。

3 風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模并網(wǎng)下調(diào)整策略

3.1 提升電能的質(zhì)量

很多補(bǔ)償裝置都擁有提升點(diǎn)能質(zhì)量的功能，可以有效控制風(fēng)能發(fā)電過(guò)程中出現(xiàn)的電壓波動(dòng)和閃變問(wèn)題。目前，常用的設(shè)備包括SVC有緣濾波器、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等。從理論上講，電壓對(duì)閃變所導(dǎo)致的危害是有決定性作用的；電壓波動(dòng)主要與電網(wǎng)負(fù)荷量的變化和短路容量有關(guān)。如果電網(wǎng)短路容量是一定的，那么，如果電網(wǎng)中無(wú)功負(fù)荷存在劇烈的波動(dòng)，就很容易導(dǎo)致閃變的出現(xiàn)，從而對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成進(jìn)一步的破壞。因此，為了能夠?qū)﹂W變進(jìn)行有效的控制，就需要控制電壓，所以，目前，方法是通過(guò)安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，避免電網(wǎng)出現(xiàn)過(guò)于嚴(yán)重的波動(dòng)，達(dá)到從源頭上抑制閃變出現(xiàn)的目的。目前的APF設(shè)備使用了電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，能夠進(jìn)行十分全面的諧波治理，設(shè)備自身就能夠產(chǎn)生電網(wǎng)諧波和極性相反的電流，所產(chǎn)生的諧波可以達(dá)到低效諧波干擾的目的。還可以使用DVR技術(shù)，如果電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落的情況，就會(huì)迅速做出反應(yīng)補(bǔ)償電壓，所以在風(fēng)電產(chǎn)生波動(dòng)或者閃變，也能馬上做出補(bǔ)償，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定。

3.2 改善風(fēng)力發(fā)電廠規(guī)模

在風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)的背景下，電網(wǎng)必然會(huì)受到風(fēng)電的影響。加入發(fā)風(fēng)電并沒(méi)有占據(jù)較大的比例，或者風(fēng)電機(jī)組注入的功率很小，則電網(wǎng)能承受風(fēng)電所帶來(lái)的不穩(wěn)定，風(fēng)電并不會(huì)制約電網(wǎng)的發(fā)展。但實(shí)際情況中，風(fēng)電是大規(guī)模并入電網(wǎng)的，而且，風(fēng)電相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)往往人口稀少，所以，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)本身會(huì)比較薄弱，導(dǎo)致風(fēng)電會(huì)占據(jù)電網(wǎng)較大的比例，從而導(dǎo)致電網(wǎng)潮流分布改變，以及改變電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓，無(wú)論是波動(dòng)還是閃變，都會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)產(chǎn)生極大的作用。同時(shí)，風(fēng)速甚至?xí)?dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停止發(fā)電，進(jìn)一步提升了調(diào)度的難度。

雖然目前利用氣相、超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠?qū)μ鞖庾鞒鲆欢ǖ念A(yù)測(cè)，但是，依然不能滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求，導(dǎo)致風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)之后，仍然會(huì)對(duì)電網(wǎng)有極大的干擾，而且難以控制。因此，可以采取控制風(fēng)力發(fā)電廠規(guī)模的方法，降低風(fēng)電對(duì)主電網(wǎng)的最大注入率，并在未來(lái)的建設(shè)中不斷改良主電網(wǎng)的建設(shè)，提升主電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電波動(dòng)的控制和承受能力，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電作為一種綠色能源，擁有著經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，但是，風(fēng)電本身也具有明顯的劣勢(shì)，包括不受控制、不穩(wěn)定等等。在未來(lái)，風(fēng)電會(huì)成為一個(gè)擁有明顯競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電方式，但是，因?yàn)轱L(fēng)電的不穩(wěn)定還需要繼續(xù)進(jìn)行改良，電網(wǎng)需要做好調(diào)度工作，并且采用合理的技術(shù)有效抑制風(fēng)電的波動(dòng)和閃變，降低負(fù)面影響，推動(dòng)電力行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。