風(fēng)電新能源運行對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

陳加良

摘要：作為綠色新能源的其中一張，風(fēng)能已經(jīng)成為我國最重要的綠色新能源。更點新能源的使用和運行對于我國電網(wǎng)電能質(zhì)量也產(chǎn)生了直接且較大的影響。本文將會對風(fēng)電新能源運行對我國電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響進(jìn)行簡單的研究。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電新能源 電能質(zhì)量 影響

一、我國風(fēng)電新能源的開發(fā)情況及其運行特點

（一）我國風(fēng)電新能源的開發(fā)情況

過去，我國的電源一直都是以煤電為主，但隨著人們對于綠色新能源的重視程度越來越高，各國開始尋找新能源來替代傳統(tǒng)的一次能源。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查報告顯示，截至2010年底，我國已經(jīng)擁有802個風(fēng)電場，共有風(fēng)電機組32400臺，裝機容量達(dá)4146萬kw，并網(wǎng)3828萬kw，并網(wǎng)運營3131萬kw。而隨著我國對于風(fēng)電新能源的投資不斷增加，我國裝機容量從2009年的世界排名第三，到2011年一躍為世界裝機容量第一，這現(xiàn)象能夠充分說明我國的風(fēng)電新能源開發(fā)規(guī)模達(dá)到了新水平。在建造風(fēng)電場的時候，選址的首要條件就是要選擇具有“風(fēng)”能源的所在地，例如我國的內(nèi)蒙古、河北、遼寧、甘肅，以及吉林等地，這些省份和城市都成了我國投資風(fēng)電新能源運行領(lǐng)域的熱土。但是唯一的缺點就是，我國建造風(fēng)電場的位置偏較為偏遠(yuǎn)。這主要是由于我國的風(fēng)資源分布地與負(fù)荷中心隔著較遠(yuǎn)的距離，令電網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為脆弱，令風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)輸電能力在一定程度上，對風(fēng)電外送造成一定的限制作用。所以在我國如今對風(fēng)電新能源進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)的情況下，還需要根據(jù)我國開發(fā)的實際情況，建設(shè)配套的風(fēng)電送出構(gòu)筑物和相關(guān)的工程項目，并對風(fēng)電新能源的電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)行加強和完善工作。

（二）我國風(fēng)電新能源的缺點

由于目前風(fēng)電新能源運行技術(shù)的水平尚淺，風(fēng)能能量的儲存量非常小 在某程度上會令風(fēng)能的蓄電成本更加高于煤炭發(fā)電的成本。而且一旦風(fēng)能的能量儲存量較小，將會令整個風(fēng)電能源電網(wǎng)欠缺蓄電能力，不得不通過調(diào)節(jié)輸出電量的方法收納電量。而且風(fēng)能的能量密度較小小，假設(shè)在風(fēng)電能源和水電能源兩者比較之下，在發(fā)電容量相等的條件下，風(fēng)電能源在發(fā)電的時候，風(fēng)力發(fā)電機所需要的風(fēng)輪尺寸會比水輪機大幾十倍。再者，風(fēng)能的穩(wěn)定性差，不能夠通過有效地控制而提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。風(fēng)能屬于過程性能源，風(fēng)向和風(fēng)速會發(fā)生不定向的改變，無法通過人為控制，從而難以對風(fēng)力發(fā)電機進(jìn)行有效的控制和調(diào)節(jié)，所以，風(fēng)電能源所形成的電能呈現(xiàn)一定的波動性和隨機變化。同時由于風(fēng)能的不可控制的熱性，令風(fēng)電新能源的電網(wǎng)發(fā)電工作無法得到調(diào)度，更無法控制電網(wǎng)的負(fù)荷大小。同時，由于風(fēng)電能源的能量儲存量較小，令風(fēng)輪機的發(fā)電效率低下。經(jīng)過我國的實際工作可得，風(fēng)輪機的理論最高發(fā)電效率約為60%，但是在實際的工作過程中，其實際發(fā)電效率比理論發(fā)電效率要低得多。垂直軸風(fēng)輪機的最高實際發(fā)電效率約為30%-40%，而水平軸風(fēng)輪機的最高實際發(fā)電效率則約為20%-50%。

二、風(fēng)電新能源運行對我國電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

盡管風(fēng)電新能源的運行工作無法通過人為的有效控制，但是實際上風(fēng)電新能源的運行，對于我國的電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響，為我國的電網(wǎng)安全運行帶來了全新的挑戰(zhàn)和機遇：

（一）電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻壓力大大增加

一般地，在電網(wǎng)運行的時候，為了確保電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，及時電網(wǎng)處于最低工作符合的狀態(tài)下，仍然需要確保電網(wǎng)中有一定的機組處于運行狀態(tài)中。而傳統(tǒng)的燃煤機組最低出力效率大約是40%的額定出力。目前我國電網(wǎng)的控制模式就是，在能夠不調(diào)停大機組、電網(wǎng)處于最低工作負(fù)荷，以及風(fēng)電機組出力最大的極端情況下，電網(wǎng)內(nèi)部的燃煤機組的最低出力加上外來電的總和應(yīng)該小于電網(wǎng)的最低工作負(fù)荷。但由于風(fēng)電能源電網(wǎng)具有反調(diào)峰特性，冬季的夜間電網(wǎng)往往處于低工作負(fù)荷的狀態(tài)，而且由于夜間屬于大風(fēng)時段，風(fēng)電機組的出力快速增加。尤其是在我國北方，在冬季的時候，往往有70%以上的火電機組，需要承擔(dān)供熱任務(wù)，電網(wǎng)的調(diào)峰能力降低，調(diào)峰容量不足。

在我國的北方，冬季期間是電網(wǎng)調(diào)峰最困難的時期，這主要是由于北方城市在冬季具有一個供熱期，令風(fēng)電機組的出力也變得比較高。這時候，為了確保在我國北方城市能夠正常供熱，電網(wǎng)中的所有風(fēng)電機組都需要全部進(jìn)行發(fā)電運行，加上供熱機組的最低出力已降低至火電機組出力的最低點。風(fēng)電的間歇、波動特性要求電網(wǎng)必須有足夠的調(diào)峰容量來平衡風(fēng)電所產(chǎn)生的出力波動，但由于冬季負(fù)荷峰谷差最大，并且電力系統(tǒng)預(yù)留的調(diào)節(jié)裕度隨著供熱負(fù)荷的增加而逐步下降，這就導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)沒有足夠的調(diào)峰容量來平衡大風(fēng)時的風(fēng)電出力，致使電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力大大降低。

（二）電壓控制難度提高

由于風(fēng)電機組在進(jìn)行發(fā)電工作的時候，具有一定的不確定性和不可控性，令某部分地區(qū)大規(guī)模的風(fēng)電機組系統(tǒng)的電壓都出現(xiàn)了母線電壓越限、電網(wǎng)電壓波動，或者閃變等各種各樣的問題。當(dāng)大規(guī)模的風(fēng)電機組接入電網(wǎng)之后，通常都會出現(xiàn)由于風(fēng)電出力的大幅波動，從而導(dǎo)致電網(wǎng)的輸電通道上的500 kV樞紐節(jié)點的電壓波動，這對于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電壓控制和安全運行等工作都會產(chǎn)生直接的影響。同時，風(fēng)力發(fā)電的隨機性將會導(dǎo)致電網(wǎng)輸電通道上的中樞點電壓的波動增大，從而導(dǎo)致中樞點電壓的越限概率也隨之而增大，而這一影響的程度是和中樞點電壓和風(fēng)電場之間的距離相關(guān)，當(dāng)中樞點電壓距離風(fēng)電場接入點越近的時候，這種情況的影響程度將會越明顯。

（三）電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行風(fēng)險增加

風(fēng)電機組屬于低轉(zhuǎn)速發(fā)電技術(shù)，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生花邊的時候，風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速也會隨之而變化。所以，為了滿足當(dāng)?shù)貙τ陔娏ο到y(tǒng)頻率和電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求，一般的風(fēng)電機組的設(shè)計都會采用變流和變頻的發(fā)電技術(shù)。如果對于風(fēng)電機組變流裝置沒有進(jìn)行專門的發(fā)電設(shè)計的話，設(shè)計所得的電力系統(tǒng)的電壓發(fā)生波動時，風(fēng)電機組就會自動脫網(wǎng)，使從而導(dǎo)致電力供需的平衡被打破，系統(tǒng)的運行出現(xiàn)一定的風(fēng)險。但是當(dāng)風(fēng)電機組在當(dāng)?shù)氐碾娏ο到y(tǒng)中占有較小的比重的時候，風(fēng)電機組出現(xiàn)自動脫網(wǎng)的問題對于電力系統(tǒng)影響并不大。反之，當(dāng)風(fēng)電機組在電力系統(tǒng)中占有較大比重的時候，自動脫網(wǎng)的問題就會對電力系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生極大的影響。舉個例子，在我國酒泉曾經(jīng)發(fā)生過一次“脫電”事故。這次事故的出現(xiàn)，導(dǎo)致酒泉附近的16個風(fēng)電場的598臺風(fēng)電機組脫網(wǎng)，損失出力84萬千瓦，占事故前酒泉地區(qū)風(fēng)電出力的一半以上。

三、完善措施

風(fēng)機具備低電壓穿越能力是防止風(fēng)機受電壓波動脫網(wǎng)的重要措施，風(fēng)機不具備低電壓穿越能力的話，在電網(wǎng)電壓跌落的時候，風(fēng)機會自動脫網(wǎng)，而且在電壓回復(fù)正常之后也不能并網(wǎng)，再次并網(wǎng)需要花費大量的財力人力來進(jìn)行恢復(fù)，且造成巨大的能源浪費，具備低壓穿越的風(fēng)機克服了這種缺陷，現(xiàn)在國家電網(wǎng)已經(jīng)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范低壓穿越。其次，SVG是風(fēng)電場無功補償領(lǐng)域的重要技術(shù)分支，它由于能適應(yīng)風(fēng)電場的快速補償要求，在國內(nèi)風(fēng)電場的應(yīng)用也逐步增多，隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，SVG的優(yōu)勢將越發(fā)明顯，對于風(fēng)電場的無功補償?shù)难芯?，依照電網(wǎng)風(fēng)電場并網(wǎng)運行重點問題整改措施，風(fēng)電場要加裝無功補償裝置在線監(jiān)測模塊，對無功補償裝置運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

四、結(jié)言

隨著我國市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，大型的風(fēng)力發(fā)電機組正不斷投入，并進(jìn)行發(fā)電運行。這些都標(biāo)志著我國的風(fēng)電新能運的開發(fā)事業(yè)正逐漸邁向新高峰，甚至在某些城市和地區(qū)，風(fēng)電新能源已經(jīng)成為了當(dāng)?shù)匕l(fā)電的主要方式。足以可見，風(fēng)電新能源的運行情況，將會直接對我國的電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。為了確保我國的風(fēng)電新能源能夠正常、穩(wěn)定地工作，必須要對風(fēng)電新能源運行對我國的電網(wǎng)電能質(zhì)量所產(chǎn)生的負(fù)面影響進(jìn)行控制，不斷完善風(fēng)電能源開發(fā)的技術(shù)問題，才能確保我國的風(fēng)電新能源開發(fā)領(lǐng)域取得一席地。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張全成.張永明.林鈞斌等.風(fēng)電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)分析評價[J].上海節(jié)能.2011（03）：19-23

[2]馬飛.王宏華.并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展[J].機械制造與自動化.2012.41（06）：156-159

[3]周清.完善促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的財稅制度安排[J].經(jīng)濟研究參考.2011（48）：33-35