對(duì)巴彥淖爾地區(qū)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的思考

摘 要 我們都知道能源是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和人類(lèi)賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前全球能源消耗速度逐年遞增，大量能源的消耗，已帶來(lái)十分嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，如氣候變暖、生態(tài)破壞、大氣污染等，并且傳統(tǒng)的能源儲(chǔ)量有限，過(guò)度的開(kāi)采利用將加速其耗竭的速度。風(fēng)力發(fā)電作為一種綠色能源有著改善能源結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)，也是未來(lái)能源電力發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，但風(fēng)力發(fā)電技術(shù)要具備與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力，還存在一些問(wèn)題有待解決，本文從風(fēng)力發(fā)電對(duì)巴彥淖爾地區(qū)電網(wǎng)的影響入手，總結(jié)了風(fēng)電網(wǎng)并入電網(wǎng)主要面臨的一些技術(shù)問(wèn)題，如風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)模問(wèn)題，對(duì)電能質(zhì)量的影響，對(duì)穩(wěn)定性的影響，對(duì)保護(hù)裝置的影響等；然后針對(duì)這些技術(shù)問(wèn)題，綜合比較了各國(guó)研究和工程技術(shù)人員在理論和實(shí)際運(yùn)行方面的相關(guān)解決方案，指出各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，期待更加成熟的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的形成，以建設(shè)我國(guó)具有自主產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。

關(guān)鍵詞 風(fēng)力發(fā)電；電能質(zhì)量；穩(wěn)定性；解決方案

1 風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

巴彥淖爾地區(qū)是我國(guó)風(fēng)力資源比較富集的地區(qū)，這幾年加之國(guó)家政策的鼓勵(lì)，風(fēng)力發(fā)電在地區(qū)電網(wǎng)中的比例逐年增加，但地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較弱，風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響變得越來(lái)越突出（地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)情況見(jiàn)表1）。主要表現(xiàn)在這幾個(gè)方面：風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)模問(wèn)題，對(duì)電能質(zhì)量的影響，對(duì)穩(wěn)定性的影響，對(duì)保護(hù)裝置的影響，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰影響的問(wèn)題等。

1.1 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)模問(wèn)題

對(duì)于接入到大電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)，其容量在電網(wǎng)總裝機(jī)容量中占的比例很小，風(fēng)電功率的注入對(duì)電網(wǎng)頻率影響甚微，不是制約風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的主要問(wèn)題。然而，巴彥淖爾風(fēng)能資源集中在烏拉特中旗和烏拉特后旗地區(qū)，這些地區(qū)人口稀少，負(fù)荷量小，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，風(fēng)電功率的注入改變了電網(wǎng)的潮流分布，甚至對(duì)巴彥淖爾地區(qū)電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓產(chǎn)生較大的影響，成為制約風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的重要問(wèn)題，限制了風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)的方式和規(guī)模。

另外風(fēng)力發(fā)電的原動(dòng)力是不可控的，它是否處于發(fā)電狀態(tài)以及出力的大小都決定于風(fēng)速的狀況，風(fēng)速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風(fēng)電機(jī)組的出力也具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)。在現(xiàn)有的技術(shù)水平下風(fēng)力發(fā)電還無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，因此風(fēng)電基本上是不可調(diào)度的。從電網(wǎng)的角度看，并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)具有隨機(jī)性的擾動(dòng)源，對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行造成一定的影響。由此可見(jiàn)，確定一個(gè)給定電網(wǎng)最大能夠承受的風(fēng)電注入功率成為風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段迫切需要解決的問(wèn)題。

1.2 對(duì)電能質(zhì)量的影響

風(fēng)資源的不確定性和風(fēng)電機(jī)組本身的運(yùn)行特性使風(fēng)電機(jī)組的輸出功率是波

動(dòng)的，可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，如電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、諧波以及周期性電壓脈動(dòng)等。電壓波動(dòng)和閃變是風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要負(fù)面影響之

一。另外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與小容量電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)瞬間將會(huì)造成電網(wǎng)電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一電網(wǎng)上的其他電器設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)�影響到整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。還有，由于多家風(fēng)電場(chǎng)的集中于一個(gè)變電站上網(wǎng)，導(dǎo)致入網(wǎng)變電站的系統(tǒng)電壓嚴(yán)重越上限運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。作為風(fēng)力入網(wǎng)的主要變電站文更220kV變電站，在風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)時(shí)，由于220kV輸電線路的充電無(wú)功率大，均已達(dá)到12Mvar，使得文更220kV變電站的220kV電壓偏高，最高電壓達(dá)244kV；加之該變電站負(fù)荷小無(wú)法消耗如此多的無(wú)功，導(dǎo)致電壓長(zhǎng)期越限運(yùn)行。在風(fēng)電機(jī)組發(fā)電時(shí)，由于風(fēng)機(jī)自身發(fā)電需要吸收系統(tǒng)無(wú)功，這時(shí)文更變高電壓運(yùn)行得以緩解，但220kV最高電壓也在239kV。

1.3 對(duì)穩(wěn)定性的影響

風(fēng)力發(fā)電通常接入到電網(wǎng)的末端，改變了配電網(wǎng)功率單向流動(dòng)的特點(diǎn)，使潮流流向和分布發(fā)生改變。由于采用異步發(fā)電機(jī)，風(fēng)電系統(tǒng)在向電網(wǎng)注入功率的同時(shí)需要從電網(wǎng)吸收大量的無(wú)功功率。因此，隨著風(fēng)電注入功率的增加，風(fēng)電場(chǎng)附近局部電網(wǎng)的電壓和聯(lián)絡(luò)線功率將會(huì)超出安全范圍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電壓崩潰。另一方面，隨著地區(qū)風(fēng)電上網(wǎng)裝機(jī)負(fù)荷的不斷增加，在系統(tǒng)中所占的比例也在不斷增大，風(fēng)電輸出的不穩(wěn)定性對(duì)電網(wǎng)的功率沖擊效應(yīng)也不斷明顯，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響就更加顯著，嚴(yán)重情況下，將會(huì)使系統(tǒng)失去動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的瓦解。

1.4 對(duì)保護(hù)裝置的影響

由于風(fēng)機(jī)的異步發(fā)電機(jī)在發(fā)生近距離三相短路故障時(shí)不能提供持續(xù)的故障電流，在不對(duì)稱故障時(shí)提供的短路電流也非常有限。因此風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)的技術(shù)困難是如何根據(jù)有限的故障電流來(lái)檢測(cè)故障的發(fā)生，使保護(hù)裝置準(zhǔn)確而快速的動(dòng)作。

1.5對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰影響的問(wèn)題

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于其出力的不連續(xù)性及間歇性,無(wú)法為電網(wǎng)提供一個(gè)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，增加了系統(tǒng)的調(diào)峰容量。內(nèi)蒙古自治區(qū)蒙西電網(wǎng)是以火電裝機(jī)為主的電網(wǎng)，巴彥淖爾電網(wǎng)是蒙西電網(wǎng)的重要組成部分，風(fēng)電機(jī)組容量占全蒙西網(wǎng)裝機(jī)容量的2.77%，調(diào)節(jié)性能較差，隨著大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的投產(chǎn)，將給蒙西電網(wǎng)的調(diào)峰帶來(lái)更多的困難，如果過(guò)多地用火電機(jī)組來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電的電量峰谷，勢(shì)必造成火電生產(chǎn)單位利益損失。所以，協(xié)調(diào)解決好風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰影響成了擺在面前亟待解決的問(wèn)題。

2 解決措施

2.1 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)模問(wèn)題

對(duì)于解決風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)模，主要是在地區(qū)電網(wǎng)中多增加500kV變電站以

及開(kāi)閉站，通過(guò)使發(fā)電負(fù)荷從更高電網(wǎng)等級(jí)電網(wǎng)送出是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。

2.2 改善電能質(zhì)量問(wèn)題

通過(guò)改善地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使負(fù)荷分配更加合理，地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)要超前電源的建設(shè)

2.3 改善穩(wěn)定性問(wèn)題

通過(guò)在風(fēng)電場(chǎng)裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償器，可以提供動(dòng)態(tài)的電壓支撐，改善系統(tǒng)的運(yùn)行性能。將SVC 安裝在風(fēng)電場(chǎng)的出口，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)的電壓偏差量來(lái)控制SVC補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率，能夠穩(wěn)定風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)電壓，降低風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響。當(dāng)發(fā)生故障后，SVC 的動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)能力可以加快故障切除后風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)電壓的恢復(fù)過(guò)程，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.4 對(duì)保護(hù)裝置影響的問(wèn)題

目前通常的做法是按照終端變電站的方案進(jìn)行配置和整定。主要依靠配電網(wǎng)的保護(hù)來(lái)切除網(wǎng)絡(luò)的故障，然后由孤島保護(hù)、低電壓保護(hù)等措施來(lái)逐臺(tái)切除風(fēng)電機(jī)組，從而在故障期間斷開(kāi)風(fēng)電場(chǎng)與系統(tǒng)的連接，而當(dāng)故障清除后，控制風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)重新并網(wǎng)。但是對(duì)于今后有大量風(fēng)電場(chǎng)接入配電網(wǎng)的情況，這種方法會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。

2.5對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰影響的問(wèn)題

主要在電網(wǎng)中多建設(shè)抽水蓄能發(fā)電站，將多余的風(fēng)電轉(zhuǎn)化為水能存儲(chǔ)起來(lái)，減少風(fēng)電上網(wǎng)的比例，從而降低了對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰的影響，同時(shí)抽水蓄能電站也是對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰的有利補(bǔ)充。

3 結(jié)論

巴彥淖爾作為我國(guó)風(fēng)能資源豐富的地區(qū)應(yīng)大力發(fā)展地區(qū)風(fēng)力發(fā)電，因?yàn)轱L(fēng)電作為一種綠色能源有著改善能源結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)，也是未來(lái)能源電力發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，但風(fēng)力發(fā)電技術(shù)要具備與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力，還需進(jìn)一步改善其并網(wǎng)性能，降低風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)的負(fù)面影響。

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