風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響研究

王欣

摘 要：近年來我國能源需求不斷增大，化石類資源的不斷枯竭，從而導(dǎo)致的環(huán)境問題也漸漸加深，現(xiàn)代清潔能源風(fēng)能作為可再生能源之一，在這樣一個環(huán)境背景下得到了迅速發(fā)展。不可控性和間接性是風(fēng)力發(fā)電的兩大優(yōu)勢。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電能有效的并入電網(wǎng)時，對整個電網(wǎng)都有很大貢獻。其中風(fēng)力發(fā)電對整個國家的能源貢獻值也日益提高，特別是在“十三五”規(guī)劃中國家政策的大力推動下，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為國家發(fā)展的一項戰(zhàn)略。[1]本篇文章對電網(wǎng)在運行過程中有可能出現(xiàn)的問題進行了研究，并從風(fēng)力發(fā)電的角度出發(fā)，全面分析了其主要特征。再從風(fēng)力發(fā)電的特點對其接入電網(wǎng)后對電網(wǎng)的影響進行了分析。最終對問題得出了一個可靠的方案，同時構(gòu)想和完善了我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；電網(wǎng)；對策研究

隨著世界化石類能源日益減少，環(huán)境問題漸漸凸顯，國家對可再生能源的大力支持，風(fēng)力發(fā)電在我國整個能源比例中的比重逐漸占據(jù)了主要位置。風(fēng)能作為一種清潔能源，其主要具備以下幾類優(yōu)勢：投資成本不高，持續(xù)時間長，風(fēng)能資源充足等。近年來，我過風(fēng)力發(fā)電得到了非常大力度的普及，不但能有效的解決我國在電能上的不足，同時還能有效的避開由于化石能源消耗所產(chǎn)生的環(huán)境污染，對改善霧霾和全球變暖有巨大的貢獻。在我國，風(fēng)力發(fā)電的商業(yè)前景非常廣闊，是符合國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的。但是，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電會引起電網(wǎng)發(fā)生改變，同時還可能降低官網(wǎng)安全性以及可靠性。

一、風(fēng)力發(fā)電的基本特征

風(fēng)力發(fā)電與一般的發(fā)電場相比有共性但也有其特殊性。我國是一個幅員遼闊的國家，地形與地貌非常豐富多樣，整體地勢從西往東走呈現(xiàn)下降的趨勢，平原在整個地貌中所占比例較低。由于風(fēng)力發(fā)電對地貌有較高的要求，因此發(fā)電場跟用電重負荷中心相隔距離會比較遠。例如在高原或山地建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場就有一定的阻礙。[2]例如在蒙古高原建設(shè)的發(fā)電場電能不是很穩(wěn)定，發(fā)電量也會受到比較大的影響。與此同時，天氣變化對電力的控制以及儲存都會產(chǎn)生波動。這些不可控因素導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電的電量負荷大小不能得到及時有效調(diào)整，從而電力調(diào)整難度增加了很多。再加上一些其他的阻礙因素，全年在我國可利用風(fēng)能時間只有約2000h，這樣的開發(fā)力度是遠遠不夠的。

二、風(fēng)力發(fā)電的接入對整個電網(wǎng)的影響

（1）穩(wěn)定性影響；風(fēng)力發(fā)電在接入電網(wǎng)的過程中，其發(fā)電機在合閘的一瞬間會對整個電網(wǎng)產(chǎn)生一個十分強勁的脈沖電流。這個脈沖電流在小電網(wǎng)中，由于電路電壓急劇降低，導(dǎo)致接入電路的用電設(shè)備停機或者故障。

（2）對電壓的影響；風(fēng)力發(fā)電電場容量升高時，會引起整個系統(tǒng)的電壓降低，使系統(tǒng)電壓保持在低水平狀態(tài)運行，無功補償就會在一定范圍內(nèi)減小。此時，風(fēng)力發(fā)電場得不到有效的電力支持，系統(tǒng)電網(wǎng)的無用功全需求量就會提高。產(chǎn)生的巨大壓力會引發(fā)電壓一直處于崩潰邊緣，從而會觸發(fā)發(fā)電機組的自我保護程序，讓機組處于待機狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電在直接接入高壓系統(tǒng)后，風(fēng)力發(fā)電機的開機與停機都會對其容量引起不同程度的變化。當(dāng)系統(tǒng)中某一位置發(fā)生斷電故障時，系統(tǒng)中會發(fā)生蝴蝶效應(yīng)，會引起并聯(lián)的同值電路中等效電勢與反側(cè)電阻一系列的變化，它會反應(yīng)在自動調(diào)壓系統(tǒng)所采取的保護動作中。大風(fēng)電場都由數(shù)臺風(fēng)電機機組構(gòu)建而成的，同值電路中等效電視與反側(cè)電阻都可以用對等的方法計算得出。當(dāng)風(fēng)電場的電容量，輸出功率和斷電位置發(fā)生移位時，自動調(diào)壓喜用也會根據(jù)電流動作隨之發(fā)生改變，調(diào)整過后的調(diào)壓系統(tǒng)能滿足風(fēng)電場接入電路后的保護條件。[3]

我國在風(fēng)力發(fā)電取得一定規(guī)模后，并入電網(wǎng)的電容量也在不斷的增加，這對系統(tǒng)電網(wǎng)的影響也在增大。風(fēng)電場在接入電網(wǎng)后，對系統(tǒng)電網(wǎng)無功以及電壓等影響是現(xiàn)階段國內(nèi)外科研人員研究的核心問題，其他的影響，如對整個電力質(zhì)量的影響，對電力系統(tǒng)的調(diào)峰影響，接入后對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響等也是科學(xué)家們研究的重點。而風(fēng)力發(fā)電場的短路電流等問題受到的關(guān)注比較小，可供參考和查詢的數(shù)據(jù)可靠性也不高。在調(diào)整風(fēng)電場的電力系統(tǒng)時，通常的做法是直接按對等容量的同步機計算或直接忽略它所產(chǎn)生的影響，但這種方法的誤差是不可避免的，從而有必要研究風(fēng)力發(fā)電機組的短路電路和其對繼電器產(chǎn)生的影響，得到可靠的保護性調(diào)整數(shù)據(jù)。

（3）電力調(diào)度的影響；風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)時，是處于缺少保護性狀態(tài)下運行的。風(fēng)力大小在改變時，整個電力系統(tǒng)的運行也應(yīng)隨之作出必要的調(diào)整，整個系統(tǒng)動態(tài)與風(fēng)力發(fā)電的輸出功率和頻率要保持一致。由于接入電網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電輸出功率具有波動性，會導(dǎo)致用電質(zhì)量和穩(wěn)定性受到不同程度的影響。

（4）對電網(wǎng)經(jīng)濟效益的影響；相對于燃煤發(fā)電來說，風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響更加顯著，在我國不同地區(qū)的電用戶所處位置不同，風(fēng)力發(fā)電價格也隨之變化。在不同種發(fā)電能源中，風(fēng)力發(fā)電的價格一直處于中上水平，要比燃煤發(fā)電貴。但在燃煤資源急劇減少的背景下，我國對風(fēng)力發(fā)電給與了多樣的政策支持，如加大資金投入，降低稅收等，在這些政策支持下，整個風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展。但還是由于風(fēng)力發(fā)電的高成本，其用電價格一直保持在一個比較高的水平。外在條件也會對風(fēng)力發(fā)電的機組產(chǎn)生影響，情況嚴重時會引起機組處于停機狀態(tài)，而在此過程中，電網(wǎng)還會持續(xù)對電容量進行調(diào)整，這時系統(tǒng)電網(wǎng)在有風(fēng)力電接入的條件下產(chǎn)生盈余。這會對風(fēng)電能源造成巨大的浪費，資源得不到充分的利用。由于復(fù)雜的地形，在電場開發(fā)時沒有認真的考慮各種有害因素，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機組一直處于重啟的狀態(tài)，這對機組會產(chǎn)生巨大的損害。

三、對策和建議

（1）持續(xù)加大風(fēng)力資源查詢工作；為了避開風(fēng)力發(fā)電中所遇到的多種不穩(wěn)定因素以及由于惡劣的環(huán)境而導(dǎo)致機組的亞狀態(tài)運行等問題，風(fēng)能資源的普查工作必須得到更大力度的開展。這可以從不同地區(qū)的風(fēng)電量和氣相條件兩個方面進行考察，從而保證風(fēng)能資源的持續(xù)性和風(fēng)力發(fā)電電量輸出的穩(wěn)定性。

（2）試點低谷電價；如果低谷電價得到推廣與實施，可以在很大程度上對電力資源的運用起到促進作用，在歐美日等發(fā)達國家，低谷電價已經(jīng)得到廣泛的運用，也證明了低谷電價對風(fēng)電市場有非常緊密的聯(lián)系。[4]比如丹麥的風(fēng)力發(fā)電電價就是與其他能源電價結(jié)合，使丹麥的風(fēng)力資源得到了充分的利用。在我國，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模在日益擴大，由低谷電價而引發(fā)的一系列問題也漸漸浮出水面，可以根據(jù)不同的風(fēng)電用途來定制不同的風(fēng)電價格。例如在北方城市，低谷風(fēng)電用于冬季取暖，擬定價格時可參照風(fēng)電邊緣成本。

（3）完善電網(wǎng)配套設(shè)施；為保證順利輸送邊遠地區(qū)的風(fēng)電資源，電網(wǎng)先行這個原則是要必須堅持的，當(dāng)?shù)卣c上級電企都必須重點支持和溝通。加快建設(shè)風(fēng)力資源充足用戶量大的地區(qū)的電網(wǎng)基礎(chǔ)配套設(shè)施。及時更新風(fēng)電管理調(diào)控知識，向西方先進國家汲取管理經(jīng)驗，制定現(xiàn)代化的科學(xué)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，在系統(tǒng)容量允許的前提下，加大對風(fēng)電并網(wǎng)先進技術(shù)的資金投入，根據(jù)我過國情，不斷積累風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)。由于風(fēng)電的接入對整個系統(tǒng)配電的短路電流都會產(chǎn)生影響，必須對現(xiàn)在的配電電網(wǎng)采取保護措施才能避免由于系統(tǒng)故障是引發(fā)的短路。

（4）加強審查力度；“十三五”實施以來，我過的風(fēng)力發(fā)電機組已有一定規(guī)模，為保證系統(tǒng)用電的質(zhì)量，我國不斷頒布對風(fēng)力發(fā)電的政策支持而且在電力輸送環(huán)節(jié)和用電端給予了充足的物質(zhì)支持與政策優(yōu)惠[5-6]。但是由于我國風(fēng)力發(fā)電還處于起步階段，民眾對風(fēng)力發(fā)電還不是特別了解，基層缺乏引導(dǎo)用戶用電和購電的熱情，沒有形成從發(fā)電、輸電到用電一套完整的配套政策。因此造成了雖然風(fēng)力發(fā)電商業(yè)形勢看好但風(fēng)電用戶并無增加的現(xiàn)象。政府在加大制造、鼓勵電企和獎勵風(fēng)電等措施上繼續(xù)投入的同時，也要同時出臺相關(guān)政策來普及民眾風(fēng)力用電常識，并不斷審查全國風(fēng)力用電情況，及時反饋給風(fēng)電企業(yè)。

四、結(jié)語

“十三五”規(guī)劃以來，我國風(fēng)電場數(shù)量在持續(xù)增加以及單個風(fēng)電場的規(guī)模也在不斷增大，特別是是在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和并網(wǎng)技術(shù)都得到了飛躍式的提升，政府相關(guān)部門在電力管理方式也在探索式的進步。相關(guān)電企與政府部門對電網(wǎng)穩(wěn)定性、安全性和排查工作都有相應(yīng)的應(yīng)對措施，電網(wǎng)的智能化也得到了突破。綜合考慮我國地貌環(huán)境對電網(wǎng)的影響，我國風(fēng)力發(fā)電在持續(xù)發(fā)展。但必須指出的是，由于風(fēng)風(fēng)電技術(shù)迅猛發(fā)展，風(fēng)電場的電容量也日益增大，而大容量的風(fēng)電場電能不經(jīng)處理就直接引入高壓電網(wǎng)，這種方式會帶來電流短路變化，這都會影響電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，輸出電能的質(zhì)量、斷電保護等，這些突出問題都是現(xiàn)階段我國電企和政府急需解決的問題。

參考文獻：

[1]楊國生，李欣，周澤昕.風(fēng)電場接入對配電網(wǎng)繼電保護的影響與對策[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009（11）：87-91.

[2]朱哲.風(fēng)電接入對電網(wǎng)的影響及對策[J].科學(xué)導(dǎo)報，2016（1）.

[3]李付強，劉永奇，涂少良，等.大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對京津唐電網(wǎng)的影響和對策分析[C].風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)專題研討會，2009：44-48.

[4]孫巍.風(fēng)電接入對電網(wǎng)的影響及對策研究[D].山東大學(xué)，2011.

[5]黃增武，石曼華.風(fēng)電接入對配電網(wǎng)線損的影響及對策[J].科技資訊，2011（19）：153.

[6]賈軼軍.大型風(fēng)電場接入對配電網(wǎng)繼電保護的影響及對策[J].中國電業(yè)：技術(shù)版，2014（4）.