風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)配網(wǎng)影響的探討

【摘要】隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，我們的生活也發(fā)生了翻天覆地的變化，傳統(tǒng)的能源利用也出現(xiàn)了新的形勢(shì)。諸如進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)人們關(guān)注最多的風(fēng)能、水能和太陽(yáng)能以及生化、核能、原子能等高效、綠色的能源為人們的生活和工作帶來(lái)了諸多的改變。本文就風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)配網(wǎng)的影響進(jìn)行詳細(xì)的討論和研究，希望為我國(guó)風(fēng)電上網(wǎng)的配網(wǎng)設(shè)計(jì)提供一些有效借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電上網(wǎng)；配網(wǎng)影響

1.風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)影響的重要指標(biāo)

風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)于配網(wǎng)的網(wǎng)損是影響風(fēng)電上網(wǎng)的最重要指標(biāo)之一。只有確保風(fēng)電網(wǎng)在最優(yōu)的運(yùn)行條件下時(shí)，才能使網(wǎng)損量得到控制。根據(jù)相關(guān)資料和文獻(xiàn)顯示，當(dāng)風(fēng)電上網(wǎng)過(guò)程中風(fēng)電接入電網(wǎng)會(huì)同時(shí)改變電網(wǎng)系統(tǒng)的功率分布特征，使電網(wǎng)產(chǎn)生內(nèi)部耗損，也就是所謂的網(wǎng)損。通過(guò)簡(jiǎn)單的配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)模型為例可以對(duì)網(wǎng)損這個(gè)參數(shù)進(jìn)行量化分析，圖1為一個(gè)輻射形的簡(jiǎn)單配電網(wǎng)示意圖：

圖1 輻射形配電網(wǎng)

圖1中Rij+JXij式表示為線路i-j.的阻抗，Pi+jQi表示節(jié)點(diǎn)i消耗的功率，Pw+jQw表示風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)中功率的情況；如果我們假設(shè)線路i-j段傳輸?shù)墓β蕿镻ij+jQi，就可以得出線路i-j.上的配電有功損耗，可以用以下公式表示：

通過(guò)該公式可以看出，當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的某一節(jié)點(diǎn)接入電網(wǎng)系統(tǒng)中后，在該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷固定不變的情況下，假設(shè)流入節(jié)點(diǎn)的功率也不發(fā)生變化，此節(jié)點(diǎn)以下的線路才會(huì)不受風(fēng)電場(chǎng)接入的影響而產(chǎn)生耗損問(wèn)題；而當(dāng)接入點(diǎn)上游線路被風(fēng)電場(chǎng)力改變時(shí)，配網(wǎng)的耗損就會(huì)受到影響。

2.風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

2.1 風(fēng)電上網(wǎng)影響配網(wǎng)電壓

在風(fēng)電場(chǎng)接入到配電網(wǎng)的過(guò)程中，會(huì)在饋線傳輸中產(chǎn)生有功或者無(wú)功的功率問(wèn)題，其方向和大小的不同對(duì)于配網(wǎng)的電壓穩(wěn)態(tài)分布也有著重要的影響。另外，風(fēng)電場(chǎng)接入配電網(wǎng)的位置的不同，其產(chǎn)生的功率和機(jī)組工作功率因數(shù)以及相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的變化都會(huì)隨著配網(wǎng)電壓分布的改變而發(fā)生不同程度的改變；為此，采用風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)于配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)就要考慮到不同運(yùn)行條件下風(fēng)電場(chǎng)對(duì)于配電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響，其對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響代表著配電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，有效優(yōu)化風(fēng)電接入配電網(wǎng)的相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)因素與電壓穩(wěn)定指標(biāo)之間的關(guān)系，最大限度提高配網(wǎng)的負(fù)荷能力，是風(fēng)電上網(wǎng)有效利用資源的重要途徑。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

我國(guó)的風(fēng)電上網(wǎng)中風(fēng)電場(chǎng)的電機(jī)設(shè)計(jì)都是以感應(yīng)式異步電機(jī)為主。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)接入配網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，電網(wǎng)的運(yùn)行就會(huì)吸收一部分系統(tǒng)的無(wú)功功率，風(fēng)能本身具有隨意性，風(fēng)電場(chǎng)的電氣關(guān)聯(lián)性能也比較薄弱，在風(fēng)電上網(wǎng)的配網(wǎng)設(shè)計(jì)中通常還要考慮到對(duì)于靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響。鑒于當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)以及發(fā)展不夠先進(jìn)，需要大量的風(fēng)電場(chǎng)接入到配電網(wǎng)中，才能實(shí)現(xiàn)電力的需要，因此也會(huì)產(chǎn)生較大的電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性問(wèn)題，但是如果采用基于DFIG恒功率控制影響因素的數(shù)控風(fēng)電機(jī)組，其電壓穩(wěn)定性就在在一定條件電網(wǎng)中只存在運(yùn)行過(guò)程中的有功功率，而不會(huì)吸收無(wú)功功率，圖2為一個(gè)較為簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理示意圖：

圖2 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)示意圖

根據(jù)圖2中相關(guān)的參數(shù)和組成示意圖再結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用，我們可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的風(fēng)電上網(wǎng)的配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，通常存在著多段電纜鋪設(shè)的情況，不同段以及不同環(huán)境下的電纜發(fā)出的無(wú)功功率都是不同的。在風(fēng)電場(chǎng)沒有接入配網(wǎng)之前，配網(wǎng)的無(wú)功功耗通常比較低。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)接入配網(wǎng)時(shí)就要充分考慮到母線接入電網(wǎng)的具體情況，還有建立電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)法產(chǎn)生無(wú)功功率問(wèn)題情況，在實(shí)踐中往往存在著配網(wǎng)的升壓變化同送出線路之間的無(wú)功因?yàn)榫嚯x性原因而導(dǎo)致線路電壓的增高，導(dǎo)致風(fēng)電上網(wǎng)配網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性下降。

2.3 解決風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)配網(wǎng)電壓穩(wěn)定性影響的相關(guān)措施

對(duì)于風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)配網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響，我們可以通過(guò)以下幾種方法進(jìn)行解決和處理：首先，可以將風(fēng)電場(chǎng)的功率設(shè)計(jì)成恒功率或者恒電壓控制的方式，將接入配網(wǎng)的功率或者電壓控制在一定的恒定值范圍之內(nèi)；其次，通過(guò)添加無(wú)功率型補(bǔ)償器、同步補(bǔ)償器等動(dòng)態(tài)的可以替代常規(guī)并聯(lián)電容器組的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，解決風(fēng)電場(chǎng)功率變化帶來(lái)的影響；再次，可以通過(guò)優(yōu)化或者加強(qiáng)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)提高配網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。

2.4 風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)變速風(fēng)電機(jī)組和電網(wǎng)容量的影響

2.4.1 風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)配網(wǎng)雙饋感應(yīng)電機(jī)的影響

風(fēng)電上網(wǎng)在配網(wǎng)系統(tǒng)中通常會(huì)配置雙饋感應(yīng)電機(jī)，從某些方面來(lái)講，這個(gè)裝置主要起到保護(hù)配網(wǎng)短路電流的作用，也就是說(shuō)，在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生因?yàn)檫^(guò)流造成的轉(zhuǎn)子側(cè)變壓器的變頻器發(fā)生閉鎖的問(wèn)題，風(fēng)電場(chǎng)的雙饋感應(yīng)電機(jī)就能夠保障整個(gè)系統(tǒng)中的磁系統(tǒng)的正常運(yùn)作和有效控制。

2.4.2 風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)配電電網(wǎng)容量的影響

風(fēng)電上網(wǎng)由于其獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)發(fā)生在風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的短路容量與風(fēng)電場(chǎng)工作與不工作狀態(tài)差距十分大的現(xiàn)象，也可以說(shuō)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)配網(wǎng)的短路容量做出了突出的貢獻(xiàn)。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用和相關(guān)資料對(duì)于風(fēng)電上網(wǎng)的設(shè)計(jì)可以采取三種優(yōu)化措施，第一，在風(fēng)電場(chǎng)接入配電網(wǎng)的母線前安裝限流電抗器；第二，設(shè)置三段式電流保護(hù)系統(tǒng)，也可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)呐渲玫皖l低壓型解列設(shè)備；第三，通過(guò)在配網(wǎng)中一定的間隙中設(shè)置零序電流互感器，以增加對(duì)于配網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的保護(hù)作用。具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以通過(guò)下圖3的高度仿真系統(tǒng)示意圖進(jìn)行借鑒和思考。

根據(jù)圖3的仿真系統(tǒng)圖示可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的風(fēng)電上網(wǎng)的配網(wǎng)設(shè)計(jì)中通常會(huì)采用雙饋異步發(fā)電機(jī)設(shè)備，解決風(fēng)電場(chǎng)接入配電網(wǎng)的不同功率下電壓及電流不穩(wěn)定的問(wèn)題，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩同機(jī)械轉(zhuǎn)矩會(huì)達(dá)到平衡狀態(tài)，而不會(huì)產(chǎn)生風(fēng)電機(jī)組突然加速或者降速的問(wèn)題，大部分的不平衡能量可以很好的暫存或者轉(zhuǎn)移到電機(jī)的葉片和軸加速的動(dòng)能中，從而解決風(fēng)電機(jī)組應(yīng)發(fā)生障過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)的沖擊問(wèn)題。

2.5 風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)配網(wǎng)影響中的無(wú)功補(bǔ)償措施應(yīng)用的意義

無(wú)功補(bǔ)償措施通常是風(fēng)電上網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最有效的處理配網(wǎng)中電壓穩(wěn)態(tài)影響的方法之一。下面我們通過(guò)節(jié)選風(fēng)電上網(wǎng)系統(tǒng)配網(wǎng)中風(fēng)電場(chǎng)母線中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，；利用對(duì)比的方法，說(shuō)明兩段不同節(jié)點(diǎn)電壓下采取無(wú)功補(bǔ)償處理前后的效果。具體統(tǒng)計(jì)內(nèi)容見圖4、圖5所示：

圖3 仿真系統(tǒng)圖示意圖

圖4 風(fēng)電場(chǎng)母線電壓

圖5 節(jié)點(diǎn)電壓

通過(guò)對(duì)上面的圖4和圖5的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償前后系統(tǒng)節(jié)選節(jié)點(diǎn)的p-V曲線圖分析可以得到：風(fēng)電場(chǎng)采用無(wú)功補(bǔ)償裝置會(huì)對(duì)配網(wǎng)電壓產(chǎn)生十分重要的影響，在補(bǔ)償前，即使風(fēng)電場(chǎng)接入到配電網(wǎng)中會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生有功功率，但是風(fēng)電場(chǎng)中吸收的大量無(wú)功，依然會(huì)加劇系統(tǒng)的耗損，造成系統(tǒng)母線電壓和風(fēng)電場(chǎng)母線電壓的降低，并且隨著風(fēng)電場(chǎng)作用的不斷加強(qiáng)，其電壓值會(huì)越來(lái)越低，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，當(dāng)電壓下降到一定限度時(shí)，就會(huì)影響到風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的正常運(yùn)作。當(dāng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償后，風(fēng)電場(chǎng)的效率在一定范圍內(nèi)，其線路的損耗會(huì)比較小，而且風(fēng)電場(chǎng)和配電網(wǎng)的電壓也會(huì)有一定程度的升高，但是，如果風(fēng)電場(chǎng)出力進(jìn)一步增大，就會(huì)導(dǎo)致功率出現(xiàn)倒送現(xiàn)象，電壓過(guò)高依然會(huì)影響到機(jī)組的正常運(yùn)行，為此，在實(shí)際應(yīng)用中還需要合理安排無(wú)功補(bǔ)償相關(guān)裝置和設(shè)計(jì)合理操作工藝。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，風(fēng)電上網(wǎng)是一項(xiàng)新世紀(jì)能源，對(duì)于社會(huì)的發(fā)展和人們的生活有著密切的關(guān)系，但是對(duì)于配電網(wǎng)的影響我們也不可以小覷，還需要不斷的汲取先進(jìn)的科學(xué)文化知識(shí)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)找出適合不同風(fēng)電上網(wǎng)條件下對(duì)于配電網(wǎng)的影響的有效處理方法。

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