分散式接入風(fēng)電安全問(wèn)題探討

李 欣 蒙均俊

1.國(guó)家電投集團(tuán)廣西電力有限公司靈川風(fēng)電有限公司 廣西 靈川 541200

2.國(guó)家電投集團(tuán)廣西長(zhǎng)洲水電開(kāi)發(fā)有限公司 廣西 梧州 543000

1 引言

我國(guó)早在2009年就提出了分散并網(wǎng)風(fēng)電的概念,但與集中風(fēng)電相比,發(fā)展非常緩慢。隨著風(fēng)電集中發(fā)展條件日益嚴(yán)格,部分地區(qū)風(fēng)電限購(gòu)限電形勢(shì)嚴(yán)峻,2020年風(fēng)電價(jià)格低的電網(wǎng)越來(lái)越近,風(fēng)電分散接入再次進(jìn)入人們的視野。我國(guó)于2017年發(fā)布的《關(guān)于加快分散式并網(wǎng)風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)的通知》明確說(shuō)明了優(yōu)化風(fēng)電布局,更好的建設(shè)分散風(fēng)電網(wǎng)項(xiàng)目不斷提高分散式風(fēng)能的利用率。今年風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng),新能源價(jià)格補(bǔ)貼供不應(yīng)求,電力市場(chǎng)化交易,風(fēng)電集中開(kāi)發(fā)條件日趨嚴(yán)格,部分地區(qū)風(fēng)電限購(gòu)限電現(xiàn)象嚴(yán)重,實(shí)行風(fēng)電分散接入能否成為我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的最佳選擇。

2 分散式風(fēng)電發(fā)電形式及優(yōu)點(diǎn)

分散式風(fēng)力發(fā)電的形式一般采用風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、柴油發(fā)電等多種聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),即“風(fēng)電”、“風(fēng)油”、“風(fēng)油”互補(bǔ)發(fā)電。這些系統(tǒng)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的,特別是風(fēng)能和太陽(yáng)能等新型能源互不系統(tǒng)將是未來(lái)一段時(shí)間能源發(fā)展的主要方向。在時(shí)間和空間的分布上風(fēng)能和太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)互補(bǔ),這種“風(fēng)-太陽(yáng)能互補(bǔ)”式的供電方式能夠?qū)崿F(xiàn)在資源上具有最佳匹配。新型的分散式發(fā)電模式有著前期投資較少、有多種接線(xiàn)方式、需要用地面積小等優(yōu)點(diǎn),能夠在山區(qū)、高原等環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)架設(shè),并通過(guò)電池收集風(fēng)力發(fā)出的電,之后將其轉(zhuǎn)換為交流電通過(guò)逆變器供向用戶(hù)。在一些山區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)由于近幾年生活水平的提高,其用電量急劇增加,可以就地架設(shè)風(fēng)電減少配電設(shè)備擴(kuò)建的成本。而對(duì)于用電量本就很大的中心城區(qū),分散式風(fēng)電可以減緩一定的用電壓力,節(jié)省配電線(xiàn)投資。通過(guò)優(yōu)化分布式風(fēng)電的位置和容量,可以顯著降低線(xiàn)損,改善網(wǎng)端電能質(zhì)量。充分利用風(fēng)能等可再生能源,減少了對(duì)一、二次能源的依賴(lài),也減少了有害物質(zhì)的排放和環(huán)境保護(hù)的壓力。

3 現(xiàn)階段分散式風(fēng)電存在的安全問(wèn)題

3.1 對(duì)配電網(wǎng)供電保護(hù)的安全問(wèn)題 在分散式風(fēng)電系統(tǒng)接入配電系統(tǒng)后,對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)影響繼電保護(hù)裝置的靈敏程度。分散式風(fēng)電電源的故障電流通常會(huì)降低流過(guò)饋線(xiàn)繼電器的電流,造成繼電保護(hù)裝置無(wú)法進(jìn)行工作,使繼電保護(hù)裝置無(wú)法第一時(shí)間發(fā)揮作用。不同類(lèi)型和數(shù)量的分布式發(fā)電將減少或增加配電網(wǎng)故障的頻率,大容量分布式發(fā)電故障會(huì)造成故障電流發(fā)生較大影響,一旦發(fā)生事故跳閘,不能及時(shí)做到終止或者與電網(wǎng)斷連。

3.2 對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生影響 要保證供電質(zhì)量,就必須讓電壓保持在合理的范圍之內(nèi),由于配電系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)是依靠變電站到用戶(hù)的潮流為基礎(chǔ)的。但是,當(dāng)分布式電源接入到電網(wǎng)之后,配電系統(tǒng)從放射狀結(jié)構(gòu)向多源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,造成潮流的大小和方向產(chǎn)生較大變化,所以這就會(huì)使電力系統(tǒng)某些部位電壓產(chǎn)生變化。除此之外,分布式風(fēng)電會(huì)造成系統(tǒng)電壓損耗的變化,所以需要合理的配合接入點(diǎn)。并網(wǎng)點(diǎn)和容量將決定分布式風(fēng)電的運(yùn)行策略,對(duì)系統(tǒng)可靠性造成影響。因此,第一步對(duì)區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)潮流進(jìn)行計(jì)算,對(duì)系統(tǒng)電壓和損耗進(jìn)行深入分析,明確每一個(gè)接入點(diǎn)的大小和容量。通過(guò)對(duì)變壓器接頭和投切集中補(bǔ)償裝置的調(diào)整對(duì)區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整來(lái)改變系統(tǒng)的電壓分布,從而提高系統(tǒng)終端變電站的母線(xiàn)電壓,使用戶(hù)電壓達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)轱L(fēng)電本身具有一定的波動(dòng)性和隨機(jī)性,分布式電網(wǎng)帶來(lái)的波動(dòng)對(duì)電壓調(diào)整的新影響較小。

3.3 對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)產(chǎn)生影響造成安全隱患 由于分布式風(fēng)電與負(fù)荷中心距離較近,風(fēng)電機(jī)組會(huì)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組自身的特點(diǎn)產(chǎn)生一些諧波,造成電壓的閃變。這就需要我們通過(guò)分析周邊負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的適應(yīng)性,對(duì)分散式風(fēng)電接入網(wǎng)點(diǎn)的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)風(fēng)機(jī)每種運(yùn)行狀態(tài)的接線(xiàn)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算電壓閃變結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 電壓閃變值

A變電站 0.045 0,O21 0.030 B變電站 0.050 0.020 0.032 C變電站 0.080 0.017 0.060 D變電站 0.042 0.022 0.058

經(jīng)計(jì)算分析,均符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),而且其隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的逐漸增大,閃變值逐漸增加。

3.4 對(duì)地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生影響 分布式風(fēng)電接入配電網(wǎng)之后,一旦發(fā)生斷路就會(huì)產(chǎn)生短路電流,短路電流的大小與和風(fēng)電裝機(jī)容量、接線(xiàn)位置和故障部位有關(guān),并且產(chǎn)生的電流對(duì)繼電器保護(hù)的靈敏度有極大的影響,極有可能出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)現(xiàn)象。如果線(xiàn)路變電所線(xiàn)路的某一點(diǎn)發(fā)生故障,故障線(xiàn)路保護(hù)所感受到的電流由系統(tǒng)和風(fēng)電提供,有利于使原保護(hù)更加靈敏。但是,當(dāng)風(fēng)電容量足夠大時(shí),斷路器的保護(hù)范圍將會(huì)產(chǎn)生一定程度的擴(kuò)大,繼電器同時(shí)選擇兩種保護(hù)動(dòng)作,繼電保護(hù)失去選擇性。

3.5 對(duì)地區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)的影響 分散式風(fēng)電具有較強(qiáng)的靈活性,如果滿(mǎn)足風(fēng)況要求可以選擇較近的區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行接入,滿(mǎn)足相關(guān)要求的同時(shí)減少投資。但是由于風(fēng)電的基本特點(diǎn),風(fēng)電不斷變化,風(fēng)力發(fā)電可以等效于區(qū)域電網(wǎng)的負(fù)荷。但是由于風(fēng)電的波動(dòng)性,區(qū)域負(fù)荷預(yù)測(cè)精度會(huì)不斷降低,若分散式風(fēng)電占比較大時(shí),對(duì)區(qū)域發(fā)電規(guī)劃預(yù)測(cè)會(huì)產(chǎn)生較大影響,不利于規(guī)劃。

3.6 對(duì)地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃的影響 分布式風(fēng)電并網(wǎng)將使區(qū)域電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)、規(guī)劃和運(yùn)行比以往更加不確定。大量配電網(wǎng)用戶(hù)安裝分布式風(fēng)電為其提供電力,這使得配電網(wǎng)規(guī)劃人員很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)負(fù)荷增長(zhǎng),從而影響規(guī)劃。若發(fā)電機(jī)存在較多節(jié)點(diǎn),就會(huì)給尋找最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)布局的工作帶來(lái)較多的困難。對(duì)部分有安裝風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃的企業(yè)來(lái)說(shuō),就造成現(xiàn)有系統(tǒng)安全和質(zhì)量水平的配電網(wǎng)公司之間產(chǎn)生矛盾。要想整個(gè)系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定的運(yùn)行,就必須實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式風(fēng)電的實(shí)時(shí)調(diào)度,想要達(dá)到這一目的,就要使用電子設(shè)備對(duì)分布式風(fēng)機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié),并且實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)從被動(dòng)向主動(dòng)管理(電壓調(diào)節(jié)、保護(hù)策略、干擾和接口問(wèn)題)的轉(zhuǎn)變。

4 分散式接入風(fēng)電安全方面應(yīng)注重的對(duì)策措施

4.1 并網(wǎng)方面的對(duì)策措施 (1)根據(jù)《國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā)〈分散式風(fēng)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)〉的通知》(國(guó)能能[2011]374號(hào))要求,小型分散式風(fēng)電項(xiàng)目可以不建立風(fēng)電預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。建議根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運(yùn)行需要,與地方電網(wǎng)企業(yè)合作,建立覆蓋當(dāng)?shù)氐慕y(tǒng)一電力預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng),由電網(wǎng)企業(yè)牽頭建立地方電力預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng),榆次同時(shí)相關(guān)項(xiàng)目單位做好配合工作。(2)在進(jìn)行分散式風(fēng)電并網(wǎng)過(guò)程中需要并網(wǎng)站設(shè)有容量符合要求的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置,裝置通過(guò)恒壓方式進(jìn)行調(diào)節(jié),防止分布式風(fēng)電并網(wǎng)區(qū)域由于風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)。當(dāng)接入電站的無(wú)功補(bǔ)償容量不能滿(mǎn)足要求時(shí),工程本身需要考慮配置一定容量的無(wú)功補(bǔ)償裝置。(3)電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置安裝在分布式風(fēng)電并網(wǎng)點(diǎn),可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)電機(jī)組各種運(yùn)行工況下在線(xiàn)電能質(zhì)量;當(dāng)裝機(jī)容量不斷加大之后需要根據(jù)國(guó)家規(guī)范要求進(jìn)行消諧裝置的設(shè)置。。

4.2 安全管理方面的對(duì)策措施 分散式風(fēng)電接入有兩種管理模式。(1)輻射分散工程區(qū)域監(jiān)測(cè)中心建設(shè)。將各項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)工作進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與變電站的密切配合,嚴(yán)格執(zhí)行制定的規(guī)章制度,確保運(yùn)行安全、電網(wǎng)安全和設(shè)備設(shè)施安全對(duì)運(yùn)行維護(hù)過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)。(2)分散開(kāi)發(fā),統(tǒng)一運(yùn)維。如果有區(qū)域存在一些常規(guī)的風(fēng)電場(chǎng)升壓站的企業(yè),可在附近的變電站設(shè)置分布式風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組集中監(jiān)測(cè)設(shè)備,通過(guò)實(shí)時(shí)通訊的方式集中監(jiān)測(cè)管理發(fā)電機(jī)組和箱式變電站。(3)委托運(yùn)行維護(hù)。由于現(xiàn)階段分散式風(fēng)電規(guī)模都不大,且沒(méi)有設(shè)立獨(dú)立的升壓站,如果組建隊(duì)伍對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)維成本會(huì)非常高,所以在實(shí)際工作過(guò)程中根據(jù)不同項(xiàng)目進(jìn)行比較和選擇(2)與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的業(yè)務(wù)合作。分布式風(fēng)電場(chǎng)不設(shè)值班人員,只設(shè)置風(fēng)電機(jī)組和線(xiàn)路的運(yùn)行維護(hù)人員,在區(qū)域監(jiān)控中心設(shè)置調(diào)度值班人員和相應(yīng)的管理人員,負(fù)責(zé)向調(diào)度員報(bào)告用電數(shù)據(jù),接收和傳遞調(diào)度指令,簽發(fā)工作票,申請(qǐng)停電輸電。

5 結(jié)語(yǔ)

未來(lái),分布式風(fēng)力發(fā)電必將得到更加廣泛的關(guān)注,未來(lái)幾年的發(fā)展趨勢(shì)將是多個(gè)配電網(wǎng)點(diǎn)接入同一配電網(wǎng),進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度,提升峰值功率,提高供電的穩(wěn)定性和可靠性。雖然我國(guó)目前的情況是風(fēng)電模式或傳統(tǒng)的集中并網(wǎng)模式,但風(fēng)電并網(wǎng)的發(fā)展方向?qū)⑹欠稚⑹斤L(fēng)電并網(wǎng)模式。針對(duì)分布式風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行所帶來(lái)的各種問(wèn)題,對(duì)分散式風(fēng)電的優(yōu)缺點(diǎn)并對(duì)分散式風(fēng)電可能帶來(lái)的安全問(wèn)題進(jìn)行分析,提出一定的預(yù)防措施,為今后分散式風(fēng)電的建設(shè)提供一定借鑒意義。