對巴彥淖爾地區(qū)風力發(fā)電發(fā)展的思考
對巴彥淖爾地區(qū)風力發(fā)電發(fā)展的思考
摘 要 我們都知道能源是推動社會進步和人類賴以生存的物質基礎。目前全球能源消耗速度逐年遞增，大量能源的消耗，已帶來十分嚴重的環(huán)境問題，如氣候變暖、生態(tài)破壞、大氣污染等，并且傳統(tǒng)的能源儲量有限，過度的開采利用將加速其耗竭的速度。風力發(fā)電作為一種綠色能源有著改善能源結構，經濟環(huán)保等方面的優(yōu)勢，也是未來能源電力發(fā)展的一個趨勢，但風力發(fā)電技術要具備與傳統(tǒng)發(fā)電技術相當的競爭力，還存在一些問題有待解決，本文從風力發(fā)電對巴彥淖爾地區(qū)電網的影響入手，總結了風電網并入電網主要面臨的一些技術問題，如風力發(fā)電場的規(guī)模問題，對電能質量的影響，對穩(wěn)定性的影響，對保護裝置的影響等；然后針對這些技術問題，綜合比較了各國研究和工程技術人員在理論和實際運行方面的相關解決方案，指出各方案的優(yōu)缺點，期待更加成熟的風力發(fā)電技術的形成，以建設我國具有自主產權的風電產業(yè)。
關鍵詞 風力發(fā)電；電能質量；穩(wěn)定性；解決方案
1 風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響
巴彥淖爾地區(qū)是我國風力資源比較富集的地區(qū)，這幾年加之國家政策的鼓勵，風力發(fā)電在地區(qū)電網中的比例逐年增加，但地區(qū)電網網架結構較弱，風力發(fā)電對電網的影響變得越來越突出（地區(qū)風電裝機情況見表1）。主要表現在這幾個方面：風力發(fā)電場的規(guī)模問題，對電能質量的影響，對穩(wěn)定性的影響，對保護裝置的影響，對電網系統(tǒng)調峰影響的問題等。
1.1 風力發(fā)電場的規(guī)模問題
對于接入到大電網的風電場，其容量在電網總裝機容量中占的比例很小，風電功率的注入對電網頻率影響甚微，不是制約風電場規(guī)模的主要問題。然而，巴彥淖爾風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，負荷量小，電網結構相對薄弱，風電功率的注入改變了電網的潮流分布，甚至對巴彥淖爾地區(qū)電網的節(jié)點電壓產生較大的影響，成為制約風電場規(guī)模的重要問題，限制了風電場接入系統(tǒng)的方式和規(guī)模。
另外風力發(fā)電的原動力是不可控的，它是否處于發(fā)電狀態(tài)以及出力的大小都決定于風速的狀況，風速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風電機組的出力也具有波動性和間歇性的特點。在現有的技術水平下風力發(fā)電還無法準確預報，因此風電基本上是不可調度的。從電網的角度看，并網運行的風電場相當于一個具有隨機性的擾動源，對電網的可靠運行造成一定的影響。由此可見，確定一個給定電網最大能夠承受的風電注入功率成為風電場規(guī)劃設計階段迫切需要解決的問題。
1.2 對電能質量的影響
風資源的不確定性和風電機組本身的運行特性使風電機組的輸出功率是波
動的，可能影響電網的電能質量，如電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波以及周期性電壓脈動等。電壓波動和閃變是風力發(fā)電對電網電能質量的主要負面影響之
一。另外，風力發(fā)電機組與小容量電網并聯時，風電場并網瞬間將會造成電網電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一電網上的其他電器設備的正常運行，甚至會影響到整個電網的穩(wěn)定與安全。還有，由于多家風電場的集中于一個變電站上網，導致入網變電站的系統(tǒng)電壓嚴重越上限運行，對設備的安全穩(wěn)定運行造成影響。作為風力入網的主要變電站文更220kV變電站，在風電機組停運時，由于220kV輸電線路的充電無功率大，均已達到12Mvar，使得文更220kV變電站的220kV電壓偏高，最高電壓達244kV；加之該變電站負荷小無法消耗如此多的無功，導致電壓長期越限運行。在風電機組發(fā)電時，由于風機自身發(fā)電需要吸收系統(tǒng)無功，這時文更變高電壓運行得以緩解，但220kV最高電壓也在239kV。
1.3 對穩(wěn)定性的影響
風力發(fā)電通常接入到電網的末端，改變了配電網功率單向流動的特點，使潮流流向和分布發(fā)生改變。由于采用異步發(fā)電機，風電系統(tǒng)在向電網注入功率的同時需要從電網吸收大量的無功功率。因此，隨著風電注入功率的增加，風電場附近局部電網的電壓和聯絡線功率將會超出安全范圍，嚴重時會導致電壓崩潰。另一方面，隨著地區(qū)風電上網裝機負荷的不斷增加，在系統(tǒng)中所占的比例也在不斷增大，風電輸出的不穩(wěn)定性對電網的功率沖擊效應也不斷明顯，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響就更加顯著，嚴重情況下，將會使系統(tǒng)失去動態(tài)穩(wěn)定性，導致整個系統(tǒng)的瓦解。
1.4 對保護裝置的影響
由于風機的異步發(fā)電機在發(fā)生近距離三相短路故障時不能提供持續(xù)的故障電流，在不對稱故障時提供的短路電流也非常有限。因此風電場保護的技術困難是如何根據有限的故障電流來檢測故障的發(fā)生，使保護裝置準確而快速的動作。
1.5對電網系統(tǒng)調峰影響的問題
風力發(fā)電機組由于其出力的不連續(xù)性及間歇性,無法為電網提供一個穩(wěn)定的電力供應，增加了系統(tǒng)的調峰容量。內蒙古自治區(qū)蒙西電網是以火電裝機為主的電網，巴彥淖爾電網是蒙西電網的重要組成部分，風電機組容量占全蒙西網裝機容量的2.77%，調節(jié)性能較差，隨著大規(guī)模風力發(fā)電機組的投產，將給蒙西電網的調峰帶來更多的困難，如果過多地用火電機組來調節(jié)風力發(fā)電的電量峰谷，勢必造成火電生產單位利益損失。所以，協(xié)調解決好風力發(fā)電對電網系統(tǒng)調峰影響成了擺在面前亟待解決的問題。
2 解決措施
2.1 風力發(fā)電場的規(guī)模問題
對于解決風力發(fā)電場的規(guī)模，主要是在地區(qū)電網中多增加500kV變電站以
及開閉站，通過使發(fā)電負荷從更高電網等級電網送出是解決這一問題的關鍵。
2.2 改善電能質量問題
通過改善地區(qū)電網結構，使負荷分配更加合理，地區(qū)電網建設要超前電源的建設
2.3 改善穩(wěn)定性問題
通過在風電場裝設靜止無功補償器，可以提供動態(tài)的電壓支撐，改善系統(tǒng)的運行性能。將SVC 安裝在風電場的出口，根據風電場接入點的電壓偏差量來控制SVC補償的無功功率，能夠穩(wěn)定風電場節(jié)點電壓，降低風電功率波動對電網電壓的影響。當發(fā)生故障后，SVC 的動態(tài)無功調節(jié)能力可以加快故障切除后風電場節(jié)點電壓的恢復過程，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2.4 對保護裝置影響的問題
目前通常的做法是按照終端變電站的方案進行配置和整定。主要依靠配電網的保護來切除網絡的故障，然后由孤島保護、低電壓保護等措施來逐臺切除風電機組，從而在故障期間斷開風電場與系統(tǒng)的連接，而當故障清除后，控制風電場自動重新并網。但是對于今后有大量風電場接入配電網的情況，這種方法會降低系統(tǒng)的可靠性。
2.5對電網系統(tǒng)調峰影響的問題
主要在電網中多建設抽水蓄能發(fā)電站，將多余的風電轉化為水能存儲起來，減少風電上網的比例，從而降低了對電網系統(tǒng)調峰的影響，同時抽水蓄能電站也是對電網調峰的有利補充。
3 結論
巴彥淖爾作為我國風能資源豐富的地區(qū)應大力發(fā)展地區(qū)風力發(fā)電，因為風電作為一種綠色能源有著改善能源結構，經濟環(huán)保等方面的優(yōu)勢，也是未來能源電力發(fā)展的一個趨勢，但風力發(fā)電技術要具備與傳統(tǒng)發(fā)電技術相當的競爭力，還需進一步改善其并網性能，降低風電并網對電力系統(tǒng)的運行帶來的負面影響。
參考文獻
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