試論大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響

程藝博

摘要：針對我國風(fēng)力資源較為豐富的地區(qū)，通過將適量風(fēng)電接入電網(wǎng)末端可在一定程度上補(bǔ)充當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。但與此同時(shí)也需考慮大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)時(shí)風(fēng)力機(jī)輸出功率隨風(fēng)速變化等相關(guān)特征對電力系統(tǒng)的影響。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng);風(fēng)力資源;風(fēng)電并網(wǎng);電力系統(tǒng)

大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)會(huì)在一定程度上影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，風(fēng)力的隨機(jī)性與間歇性會(huì)引起電壓波動(dòng)及電壓偏差，與此同時(shí)為降低這種不良影響，在頻率控制及相關(guān)流程上的經(jīng)濟(jì)成本也會(huì)增加。對此，需在保證電能質(zhì)量的前提上優(yōu)化風(fēng)電并網(wǎng)方案，降低風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的不良影響。

1大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響

1.1風(fēng)速隨機(jī)性影響電網(wǎng)穩(wěn)定性

一般情況下我國適合開發(fā)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電地區(qū)大多遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，適量的風(fēng)電接入可較好可有效補(bǔ)充電網(wǎng)，而現(xiàn)實(shí)情況是，我國在電網(wǎng)規(guī)劃與風(fēng)電規(guī)劃協(xié)調(diào)發(fā)展上還有待改進(jìn)，并且風(fēng)電還有一個(gè)特征就是風(fēng)速具有隨機(jī)性與間歇性，并且這種特征會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率，對電能質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生影響，如引起電壓波動(dòng)等等。

1.2帶來諧波

電壓波形在電力系統(tǒng)中基本上以奇次諧波為主，幾乎不存在偶次諧波，奇次諧波可通過變壓器進(jìn)行隔離或?yàn)V波裝置進(jìn)行處理，而頻率較高的高次諧波一般在傳輸過程中便漸漸衰竭。高次諧波干擾是影響電能質(zhì)量的一大“公害”，在風(fēng)電并網(wǎng)過程中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)自帶的電子裝置及并聯(lián)補(bǔ)償電容器可能會(huì)增加諧波對電力系統(tǒng)的影響，如并聯(lián)補(bǔ)償器與線路電抗發(fā)生諧振等情況。

1.3對電網(wǎng)潮流與電網(wǎng)調(diào)度的影響

風(fēng)功率波動(dòng)變化會(huì)加重電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)方面的負(fù)擔(dān)，并加重局部電網(wǎng)方面的高電壓問題。與此同時(shí)，對于風(fēng)電主要分布在電網(wǎng)西部的地區(qū)而言，大規(guī)模風(fēng)電會(huì)在常規(guī)電網(wǎng)潮流上由西向東迭加傳送，對于接近穩(wěn)定極限的電網(wǎng)運(yùn)行無疑是一種巨大的壓力，尤其是在送電高峰期，這種影響會(huì)更為突出，會(huì)引起輸電阻塞。除此之外，當(dāng)風(fēng)功率掌控的難度也會(huì)蔓延到電網(wǎng)調(diào)度上。電網(wǎng)調(diào)度需要對電源出力及負(fù)荷有較為明確的了解，但在風(fēng)功率的波動(dòng)變化以及風(fēng)力的不可預(yù)測性會(huì)導(dǎo)致在風(fēng)電場的出力預(yù)測及追蹤上則有一定難度，因而也會(huì)影響到電力調(diào)度，不利于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的維持。

2大容量風(fēng)電并入電網(wǎng)優(yōu)化方案

電網(wǎng)接納風(fēng)電容量的影響因素較為復(fù)雜，相對于傳統(tǒng)火電廠輸出較為穩(wěn)定可控，風(fēng)電出力可控性及可調(diào)度性較差，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷水平及網(wǎng)內(nèi)常規(guī)機(jī)組最低出力等因素都會(huì)影響風(fēng)電場接入容量。與此同時(shí)，聯(lián)絡(luò)線輸送能力及系統(tǒng)備用容量制約等因素也會(huì)影響風(fēng)電接入容量，可根據(jù)上述因素控制風(fēng)電接入容量以此來優(yōu)化大容量風(fēng)電并入電網(wǎng)方案。

2.1優(yōu)化風(fēng)機(jī)設(shè)備選型策略

在選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備時(shí)，需要更具當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)及風(fēng)力環(huán)境等各方面因素。部分地區(qū)電網(wǎng)架構(gòu)較為薄弱，如接入大容量風(fēng)電，而風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行特性又難以滿足需求時(shí)則會(huì)影響電力系統(tǒng)性穩(wěn)定性。目前，市場上常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括恒速恒頻于變速恒頻兩種，前者具有結(jié)構(gòu)簡單且成本低的特性，同時(shí)運(yùn)行可靠性也相對較高，在我國早期風(fēng)電場運(yùn)行中較為常見，后者則在有功與無功解耦控制上應(yīng)用效果較好。在風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電廠運(yùn)行會(huì)從電網(wǎng)處吸收無功功率，并且所吸收的無功功率會(huì)隨著風(fēng)電場出力的增加而增加，而變速恒頻型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性可較好的起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔?，并能更好捕獲風(fēng)能，但不足之處在于變速恒頻型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器會(huì)向電網(wǎng)注入諧波從而影響電能質(zhì)量，此外相對于恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)其成本也相對較高。對此，可根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，最大程度內(nèi)降低風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響。

2.2風(fēng)電場與抽水蓄能電站聯(lián)合

對于風(fēng)電場出力的隨機(jī)性，可通過抽水蓄能電站進(jìn)行調(diào)節(jié)。抽水蓄電站可通過發(fā)電與抽水的方式進(jìn)行調(diào)相。在風(fēng)電場出力較大與系統(tǒng)負(fù)荷偏低的情況下，就可以通過抽水蓄電站將多余的相關(guān)電能積蓄，而風(fēng)電場出力較小系統(tǒng)負(fù)荷較大時(shí)則可通過抽水蓄能電站發(fā)電加以補(bǔ)充，從而起到局域調(diào)峰填谷的雙重作用。抽水蓄能電站簡單來說就是一種能量轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)的設(shè)施，通過風(fēng)電場與抽水蓄能電站的聯(lián)合使用，不僅可較好地解決風(fēng)電產(chǎn)出力隨機(jī)性的問題，相對于抽水蓄能電站的資金投入，抽水蓄能電站的應(yīng)用可降低電壓調(diào)節(jié)及頻率控制等方面的費(fèi)用，從而降低電網(wǎng)企業(yè)成本，其開停較為靈活，也可以較為迅速的投入運(yùn)行。由此，抽水蓄能電站在技術(shù)可行性較高的同時(shí)也是是具有一定的經(jīng)濟(jì)可行性的。

2.3優(yōu)化風(fēng)電大規(guī)模接入規(guī)劃

面對能源危機(jī)，風(fēng)電并網(wǎng)幾乎是勢在必行，對此，相關(guān)人員徐提前做好風(fēng)電大規(guī)模并入電網(wǎng)的規(guī)劃，在新能源電源點(diǎn)布局及風(fēng)電并網(wǎng)的影響上進(jìn)行分析優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在此過程中需要考慮到大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)對電網(wǎng)潮流、電壓穩(wěn)定性及電力調(diào)度的影響，制定解決方案。例如在配電網(wǎng)保護(hù)配置上，還需考慮風(fēng)電機(jī)組頻繁投切對接觸器的損害，優(yōu)化風(fēng)電場繼電保護(hù)裝置配置，確保配電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置正常運(yùn)行。

結(jié)語

在考慮大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響時(shí)，首先要注意到風(fēng)的隨機(jī)性及波動(dòng)性，其不僅會(huì)影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也會(huì)影響電力調(diào)度。而從我國乃至全國能源利用現(xiàn)狀而言，大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)是難以避免的。對此，應(yīng)當(dāng)盡早做好規(guī)劃，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)設(shè)備及風(fēng)電場設(shè)備上加以優(yōu)化，從而可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場利用價(jià)值最大化，并降低風(fēng)電場輸出功率間歇性與波動(dòng)性對電能質(zhì)量的影響。

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