對巴彥淖爾地區(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社會進步和人類賴以生存的物質(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(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(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)母偁幜�，還存在一些問題有待解決，本文從風(fēng)力發(fā)電對巴彥淖爾地區(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)問題，如風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)模問題，對電能質(zhì)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(shù)問題，綜合比較了各國研究和工程技術(shù)人員在理論和實際運行方面的相關(guān)解決方案，指出各方案的優(yōu)缺點，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)電對電力系統(tǒng)的影響

巴彥淖爾地區(qū)是我國風(fēng)力資源比較富集的地區(qū)，這幾年加之國家政策的鼓勵，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)電對電網(wǎng)的影響變得越來越突出（地區(qū)風(fēng)電裝機情況見表1）。主要表現(xiàn)在這幾個方面：風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)模問題，對電能質(zhì)量的影響，對穩(wěn)定性的影響，對保護裝置的影響，對電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰影響的問題等。

1.1 風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)模問題

對于接入到大電網(wǎng)的風(fēng)電場，其容量在電網(wǎng)總裝機容量中占的比例很小，風(fēng)電功率的注入對電網(wǎng)頻率影響甚微，不是制約風(fēng)電場規(guī)模的主要問題。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，負荷量小，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，風(fēng)電功率的注入改變了電網(wǎng)的潮流分布，甚至對巴彥淖爾地區(qū)電網(wǎng)的節(jié)點電壓產(chǎn)生較大的影響，成為制約風(fēng)電場規(guī)模的重要問題，限制了風(fēng)電場接入系統(tǒng)的方式和規(guī)模。

另外風(fēng)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(fēng)速的狀況，風(fēng)速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風(fēng)電機組的出力也具有波動性和間歇性的特點。在現(xiàn)有的技術(shù)水平下風(fēng)力發(fā)電還無法準確預(yù)報，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)運行的風(fēng)電場相當(dāng)于一個具有隨機性的擾動源，對電網(wǎng)的可靠運行造成一定的影響。由此可見，確定一個給定電網(wǎng)最大能夠承受的風(fēng)電注入功率成為風(fēng)電場規(guī)劃設(shè)計階段迫切需要解決的問題。

1.2 對電能質(zhì)量的影響

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

動的，可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)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(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要負面影響之

一。另外，風(fēng)力發(fā)電機組與小容量電網(wǎng)并聯(lián)時，風(fēng)電場并網(wǎng)瞬間將會造成電網(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)備的正常運行，甚至?xí)�影響到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。還有，由于多家風(fēng)電場的集中于一個變電站上網(wǎng)，導(dǎo)致入網(wǎng)變電站的系統(tǒng)電壓嚴重越上限運行，對設(shè)備的安全穩(wěn)定運行造成影響。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(dǎo)致電壓長期越限運行。在風(fēng)電機組發(fā)電時，由于風(fēng)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(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(fēng)電系統(tǒng)在向電網(wǎng)注入功率的同時需要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率。因此，隨著風(fēng)電注入功率的增加，風(fēng)電場附近局部電網(wǎng)的電壓和聯(lián)絡(luò)線功率將會超出安全范圍，嚴重時會導(dǎo)致電壓崩潰。另一方面，隨著地區(qū)風(fēng)電上網(wǎng)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(fēng)電輸出的不穩(wěn)定性對電網(wǎng)的功率沖擊效應(yīng)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(dǎo)致整個系統(tǒng)的瓦解。

1.4 對保護裝置的影響

由于風(fēng)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(fēng)電場保護的技術(shù)困難是如何根據(jù)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(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰影響的問題

風(fēng)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(wǎng)提供一個穩(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)電機組容量占全蒙西網(wǎng)裝機容量的2.77%，調(diào)節(jié)性能較差，隨著大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機組的投產(chǎn)，將給蒙西電網(wǎng)的調(diào)峰帶來更多的困難，如果過多地用火電機組來調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電的電量峰谷，勢必造成火電生產(chǎn)單位利益損失。所以，協(xié)調(diào)解決好風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰影響成了擺在面前亟待解決的問題。

2 解決措施

2.1 風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)模問題

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

及開閉站，通過使發(fā)電負荷從更高電網(wǎng)等級電網(wǎng)送出是解決這一問題的關(guān)鍵。

2.2 改善電能質(zhì)量問題

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

2.3 改善穩(wěn)定性問題

通過在風(fēng)電場裝設(shè)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(fēng)電場的出口，根據(jù)風(fēng)電場接入點的電壓偏差量來控制SVC補償?shù)臒o功功率，能夠穩(wěn)定風(fēng)電場節(jié)點電壓，降低風(fēng)電功率波動對電網(wǎng)電壓的影響。當(dāng)發(fā)生故障后，SVC 的動態(tài)無功調(diào)節(jié)能力可以加快故障切除后風(fēng)電場節(jié)點電壓的恢復(fù)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(wǎng)的保護來切除網(wǎng)絡(luò)的故障，然后由孤島保護、低電壓保護等措施來逐臺切除風(fēng)電機組，從而在故障期間斷開風(fēng)電場與系統(tǒng)的連接，而當(dāng)故障清除后，控制風(fēng)電場自動重新并網(wǎng)。但是對于今后有大量風(fēng)電場接入配電網(wǎng)的情況，這種方法會降低系統(tǒng)的可靠性。

2.5對電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰影響的問題

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)化為水能存儲起來，減少風(fēng)電上網(wǎng)的比例，從而降低了對電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰的影響，同時抽水蓄能電站也是對電網(wǎng)調(diào)峰的有利補充。

3 結(jié)論

巴彥淖爾作為我國風(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，因為風(fēng)電作為一種綠色能源有著改善能源結(jié)構(gòu)，經(jīng)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(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)母偁幜�，還需進一步改善其并網(wǎng)性能，降低風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的運行帶來的負面影響。

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