風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)運行的影響及對策

摘要：隨著(zhù)我國風(fēng)電超常規的迅猛發(fā)展,分析了我國風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)運行的影響，并作出我國風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)運行協(xié)調發(fā)展的解決措施。這些措施實(shí)施后，降低了風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)安全穩定性的影響，確保了風(fēng)力發(fā)電和電網(wǎng)企業(yè)效益的最大化。

近年來(lái)，隨著(zhù)全球化石油能源的日益匱乏，加上日本地震帶來(lái)的核電警示，加快包括風(fēng)電在內的安全性清潔能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為大勢所趨。大規模的風(fēng)力發(fā)電需實(shí)現并網(wǎng)運行，國外風(fēng)電大國雖然對風(fēng)力發(fā)電和電網(wǎng)運行積累了一些經(jīng)驗，但由于我國電網(wǎng)結構的特殊性，風(fēng)力發(fā)電和電網(wǎng)運行如何協(xié)調發(fā)展已成為風(fēng)電場(chǎng)規劃設計和運行中不可回避的最重要課題。

一、我國風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)運行的影響

我國風(fēng)力資源的富集地區，電網(wǎng)均比較薄弱，風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)運行的影響主要體現在電網(wǎng)調度、電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全穩定性等方面。

1.1對電網(wǎng)調度的影響

風(fēng)能資源豐富的地區人口稀少、負荷量小、電網(wǎng)結構薄弱等特點(diǎn)，風(fēng)電功率的輸入必然要改變電網(wǎng)的潮流分布，對局部電網(wǎng)的節點(diǎn)電壓也將產(chǎn)生較大的影響。風(fēng)能本身是不可控的能源，它是否處于發(fā)電狀態(tài)和所發(fā)電量基本取決于風(fēng)速狀況，而風(fēng)速的不穩定性和間歇性決定了風(fēng)電機組發(fā)電量具有較大的波動(dòng)性和間歇性，并網(wǎng)后的風(fēng)電場(chǎng)相當于電網(wǎng)的隨機擾動(dòng)源，具有反調節特性，需要電網(wǎng)側預留出更多的備用電源和調峰容量，由于風(fēng)力發(fā)電的不穩定性，增加了風(fēng)力發(fā)電調度的難度。

1.2對電能質(zhì)量的影響

風(fēng)電機組輸出功率的波動(dòng)性，使風(fēng)電機組在運行過(guò)程中受湍流效應、尾流效應和塔影效應的影響，造成電壓偏差、波動(dòng)、閃變、諧波和周期性電壓脈動(dòng)等現象，尤其是電壓波動(dòng)和閃變對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響嚴重。風(fēng)力發(fā)電機中的異步電動(dòng)機沒(méi)有獨立的勵磁裝置，并網(wǎng)前本身無(wú)電壓，在并網(wǎng)時(shí)要伴隨高于額定電流5～6倍的沖擊電流，導致電網(wǎng)電壓大幅度下跌。

在變速風(fēng)電機組中大量使用的電力電子變頻設備會(huì )產(chǎn)生諧波和間諧波，諧波和間諧波的出現，會(huì )導致電壓波形發(fā)生畸變。

1.3對電網(wǎng)安全穩定性的影響

電網(wǎng)在最初設計和規劃時(shí)，沒(méi)考慮到風(fēng)電機組接入電網(wǎng)末端會(huì )改變配電網(wǎng)功率單向流動(dòng)從而使潮流流向和分布發(fā)生改變的特點(diǎn)，造成風(fēng)電場(chǎng)附近的電網(wǎng)電壓超出安全范圍，甚至導致電壓崩潰。大規模的風(fēng)力發(fā)電電量注入電網(wǎng)，必將影響電網(wǎng)暫態(tài)穩定性和頻率穩定性。短路電流超過(guò)附近變電站母線(xiàn)和開(kāi)關(guān)等設備的遮斷容量，影響電網(wǎng)的安全。

二、風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)運行不協(xié)調的原因

2.1風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)建設步伐不統一

風(fēng)力電發(fā)項目前期工作流程相對簡(jiǎn)單，核準進(jìn)度快，建設周期相對較短，而電網(wǎng)接入系統在項目審查、方案確定及工程建設方面相對復雜，220kV電網(wǎng)可由各省(自治區)核準，330kV以上全部需報國家能源局核準，而電網(wǎng)的核準程序復雜，經(jīng)過(guò)每個(gè)村莊都要取得鄉、縣、市、省的支撐性文件，歷時(shí)較長(cháng)，致使接入系統工程與風(fēng)電場(chǎng)建設難以同步完成，建設工期無(wú)法匹配。在我國，1個(gè)風(fēng)電場(chǎng)首臺機組建設周期通常為6個(gè)月，全部風(fēng)電場(chǎng)建成僅需1年，而電網(wǎng)工程建設周期要長(cháng)很多，特別是輸電線(xiàn)路建設需要跨地區，協(xié)調工作難度較大。220kV輸電工程的合理工期為1年左右，750kV輸電工程合理工期為2年左右。

2.2風(fēng)力發(fā)電調峰容量不足

從電力電量平衡的角度考慮，電網(wǎng)無(wú)法完全消納風(fēng)電資源，良好的電源結構和充足的備用是實(shí)現風(fēng)電充分利用的基礎，風(fēng)電具有隨機性、間歇性和波動(dòng)速度快的特點(diǎn)，需要一定規模的靈活調節電源與之相匹配。以?xún)让晒诺貐^為例，電網(wǎng)電源結構單一，火電機組比重占全區發(fā)電裝機的84%，供熱機組占火電機組的40%，占電網(wǎng)最高發(fā)電負荷的64%。進(jìn)入冬季供熱期后，燃煤機組調峰深度為50%左右，燃氣和抽水蓄能機組調峰深度可達100%，供熱機組完全不參與調峰。電網(wǎng)雖然進(jìn)行了優(yōu)化調度，但為了滿(mǎn)足供熱需求，留給風(fēng)電的負荷裕度非常小，電網(wǎng)無(wú)法滿(mǎn)足風(fēng)電全額上網(wǎng)的要求，電量平衡困難。

三、發(fā)電企業(yè)需采取的措施

3.1降低對電網(wǎng)調度的影響

針對電網(wǎng)系統潮流分布的變數和電網(wǎng)的調壓、調頻問(wèn)題，可通過(guò)風(fēng)電電能的預測來(lái)緩解。近年來(lái)，預測風(fēng)電場(chǎng)電力輸出的相關(guān)技術(shù)有很大發(fā)展，利用風(fēng)電場(chǎng)可靠歷史數據和附近氣象站的預報數據，可預測風(fēng)電場(chǎng)的出力變化。

3.2降低對電能質(zhì)量影響

風(fēng)電場(chǎng)需加裝必要的無(wú)功補償裝置或采用具有無(wú)功控制的雙饋變速風(fēng)電機組，也可采用雙向晶閘管控制的軟啟動(dòng)裝置。當風(fēng)力機把發(fā)電機帶到同步速附近時(shí)，發(fā)電機輸出端斷路器閉合，使發(fā)電機經(jīng)過(guò)一組雙向晶閘管與電網(wǎng)連接，通過(guò)電流反饋對雙向晶閘管導通角進(jìn)行控制，當并網(wǎng)結束，雙向晶閘管短接，獲得比較平滑的并網(wǎng)過(guò)程，以降低風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。通過(guò)人工干預，使同一區域風(fēng)電機組不同時(shí)啟動(dòng)，可減小啟、停風(fēng)力發(fā)電機對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。

3.3降低對電網(wǎng)安全穩定性的影響

利用分組投切電容器組方法對系統進(jìn)行無(wú)功補償。但它不能實(shí)現連續的電壓調節，且電容器投切次數也有一定的限制，因此，它不能控制因風(fēng)速變化太快而產(chǎn)生的電壓波動(dòng)。靜止無(wú)功補償器SVR(StaticVarCompensa-tor)安裝在風(fēng)電場(chǎng)的出口，根據風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)的電壓偏差量來(lái)控制SVC補償的無(wú)功功率，穩定風(fēng)電場(chǎng)的節點(diǎn)電壓，降低風(fēng)電功率波動(dòng)對電網(wǎng)電壓的影響，改善電網(wǎng)系統的穩定性。在風(fēng)電場(chǎng)出口采用基于GTO逆變器的雙橋結構換流裝置，超導儲能裝置利用其有功、無(wú)功綜合調節的能力，降低風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)，同時(shí)實(shí)現對電壓和頻率同步控制，穩定風(fēng)電場(chǎng)電壓。

四、電網(wǎng)企業(yè)需采取的措施

4.1降低對電網(wǎng)調度的影響

加強電網(wǎng)接納能力的研究，提高電網(wǎng)對風(fēng)力發(fā)電電量的接納能力。從整體上確定電網(wǎng)能夠接納的最大風(fēng)電裝機容量，為風(fēng)電發(fā)展規劃提供參考，盡快建立風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)評價(jià)機構，為風(fēng)電的合理接入提供技術(shù)支撐。完善風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調度管理措施，根據風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電功率預測，優(yōu)化安排其他風(fēng)電機組發(fā)電出力。

4.2降低對電能質(zhì)量影響

改善電網(wǎng)結構。并網(wǎng)發(fā)電機組公共連接點(diǎn)短路比越大，引起的電壓波動(dòng)和閃變越小，合適的電網(wǎng)線(xiàn)路X/R可使有功功率引起的電壓波動(dòng)被無(wú)功功率引起的電壓波動(dòng)補償掉，閃變值也有所減輕，所以，電網(wǎng)線(xiàn)路可通過(guò)調節合適的X/R來(lái)降低風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。提高電網(wǎng)的電壓等級，變高壓輸電為超高壓輸電，建設新的輸電線(xiàn)路并安裝相應的自動(dòng)控制裝置以此來(lái)降低風(fēng)力發(fā)電傳輸和分配對電能質(zhì)量的影響。