曾琪

（國(guó)家電投集團(tuán)江西電力有限公司新能源發(fā)電分公司，江西 南昌 330000）

1 風(fēng)電新能源主要特點(diǎn)

（1）設(shè)備體積大，效率低。由于風(fēng)的性質(zhì)，決定了它的能量密度相對(duì)較小。以同等發(fā)電容量為例，風(fēng)力發(fā)電其主要部分——風(fēng)輪的尺寸與水輪機(jī)相比，要大上幾十倍的。從它的效率來(lái)說(shuō)，雖然理論上的數(shù)據(jù)最大效率可以達(dá)到為59.2%，但是從實(shí)際應(yīng)用效果可知，達(dá)不到這一標(biāo)準(zhǔn)。如：水平軸的風(fēng)輪機(jī)，它的最大效率應(yīng)該是在20%～50%左右，垂直軸的風(fēng)輪機(jī)，它的最大效率大約的數(shù)據(jù)為30%～40%左右。

（2）風(fēng)能沒(méi)有足夠的穩(wěn)定性。對(duì)于風(fēng)能來(lái)說(shuō)，它屬于過(guò)程性能源的一種，而且受到地形等因素的影響，它的關(guān)鍵性要素，如風(fēng)的方向、風(fēng)的速度變化大，加上風(fēng)能還具有明顯的間歇性和隨機(jī)性，加上風(fēng)力發(fā)電機(jī)在調(diào)控方面不容易調(diào)控，因此，風(fēng)電機(jī)組其產(chǎn)生的電能波動(dòng)性也較為明顯，難以有效調(diào)控。

（3）風(fēng)電場(chǎng)地理位置偏遠(yuǎn)。從當(dāng)前來(lái)看，我國(guó)風(fēng)資源豐富的地區(qū)多處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些微區(qū)距離電負(fù)荷的中心多有很長(zhǎng)的一段距離，而且其電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)十分的薄弱，這造成了當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)難以在輸電方面發(fā)揮功能，即風(fēng)電產(chǎn)生的電能難以對(duì)外輸送。因此，開(kāi)發(fā)風(fēng)電，必須將與其匹配輸送工程列入工程項(xiàng)目?jī)?nèi)容，提升電網(wǎng)建設(shè)水平，使其成龍配套，避免造成有電無(wú)處送的被動(dòng)局面。

（4）風(fēng)能無(wú)法實(shí)現(xiàn)大量?jī)?chǔ)存。由于電的特殊性質(zhì)，目前看，風(fēng)電的蓄電成本與發(fā)電成本相比要高出很多，也就是說(shuō)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，它基本上沒(méi)有儲(chǔ)存電能的能力。多數(shù)情況下，要把輸出電量來(lái)作為調(diào)節(jié)收納電量的前提條件。而且，風(fēng)電機(jī)組無(wú)人值守，加上風(fēng)能的特點(diǎn)是不可控制的，電網(wǎng)不具備可調(diào)度性，難以做到以負(fù)荷大小為依據(jù)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的合理性調(diào)節(jié)，這都是擺在面前的實(shí)際性問(wèn)題。

2 電網(wǎng)受到風(fēng)電現(xiàn)實(shí)發(fā)展的影響

（1）電能質(zhì)量受到影響。以前，風(fēng)電單機(jī)沒(méi)有太大的容量，而且考慮到方便并網(wǎng)和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，使用的是異步發(fā)電機(jī)，將其與配電網(wǎng)以直接相連的方式連接。但是，由于風(fēng)電場(chǎng)在整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，是處于末端的位置，它所在的配電網(wǎng)，缺點(diǎn)很多，如電壓低、結(jié)構(gòu)上十分松散、承受各種沖擊的能力不強(qiáng)等，所以風(fēng)電極造成配電網(wǎng)出現(xiàn)諧性污染及電壓閃變的情況可能性極大。

（2）系統(tǒng)難以保證強(qiáng)穩(wěn)定性。在系統(tǒng)難以保證強(qiáng)穩(wěn)定性這方面，主要的原因包括：第一，三相短路故障，線路出現(xiàn)開(kāi)斷；第二，風(fēng)速變化產(chǎn)生擾動(dòng)；第三，發(fā)電機(jī)發(fā)生開(kāi)斷。發(fā)生這些情況時(shí)，系統(tǒng)頻率以及電壓極，均很容易產(chǎn)生大幅度波動(dòng)。

①電壓難以保持穩(wěn)定。在大量風(fēng)電場(chǎng)接入到電力系統(tǒng)的時(shí)候，電壓難以保持較好的穩(wěn)定性原因是很多的，但從最主要的原因看，還在于風(fēng)電場(chǎng)是需要無(wú)功功率的。當(dāng)前，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，異步發(fā)電機(jī)占據(jù)了絕大部分，是由它的外部系統(tǒng)為它提供無(wú)功功率來(lái)支撐的。如果在風(fēng)電場(chǎng)具有比較大的容量的時(shí)候，此時(shí)無(wú)功功率或會(huì)呈現(xiàn)出控制力難以滿足要求的情況，這也會(huì)直接影響到電壓的穩(wěn)定性，造成電壓變化較大現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)大部分風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，由于使用的是異步式發(fā)電機(jī)，如果其電網(wǎng)里面又注入新的功率時(shí)，變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)電網(wǎng)內(nèi)部吸收無(wú)功功率，這樣的情況下，風(fēng)電場(chǎng)便很可能造成電壓崩潰，或是降低其電壓方面的穩(wěn)定性。但是，當(dāng)提供給系統(tǒng)的無(wú)功功率在很多的情況下，可等同于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)，其影響是增強(qiáng)了靜態(tài)部分的電壓穩(wěn)定性。

②頻率方面的穩(wěn)定性。從事實(shí)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)頻率在受到風(fēng)電場(chǎng)的影響因素，主要決定于在整個(gè)系統(tǒng)容量中，風(fēng)電場(chǎng)占有什么樣的比例。如在系統(tǒng)中，風(fēng)電容量比例占據(jù)較大的時(shí)候，它在輸出功率方面的波動(dòng)性，會(huì)在一定程度上影響到電網(wǎng)的頻率，也就是會(huì)在一定程度上影響到電網(wǎng)電能方面的質(zhì)量，對(duì)電網(wǎng)中其他機(jī)組頻率的響應(yīng)能力提出要求，要具備展開(kāi)跟蹤并同步調(diào)節(jié)的能力，以實(shí)現(xiàn)頻率波動(dòng)的抑制作用。風(fēng)電的不穩(wěn)定特點(diǎn)為，決定了風(fēng)電在失去出力之后，使電網(wǎng)的頻率減小，特別是在風(fēng)電占據(jù)的比重較大的時(shí)候，會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。要達(dá)到消除此影響的目的，最應(yīng)采取的辦法是：第一，選取優(yōu)化方式的調(diào)度運(yùn)行形勢(shì)；第二，提高系統(tǒng)本身的備用容量。這樣做，主要是由于對(duì)大型電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，它具有非常大的調(diào)節(jié)能力和非常充足的備用容量，這樣就不用考慮到風(fēng)電進(jìn)入系統(tǒng)后，會(huì)對(duì)頻率穩(wěn)定性造成影響。但是這一點(diǎn)對(duì)小型電網(wǎng)是很重要的，即風(fēng)電影響穩(wěn)定性和影響頻率偏移方面，是必須考慮的問(wèn)題。

（3）對(duì)電網(wǎng)調(diào)度和規(guī)劃的影響。風(fēng)能主要性質(zhì)特點(diǎn)是不可控制，所以，對(duì)它進(jìn)行可靠性的預(yù)測(cè)也是不可能的。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)并入電網(wǎng)系統(tǒng)之后，可用調(diào)峰容量與備用容量相減后，其余下容量即可用來(lái)風(fēng)電的調(diào)峰操作。但是，在可用于風(fēng)電調(diào)峰的容量有限的時(shí)候，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行來(lái)說(shuō)，它會(huì)起到限制作用。如果電網(wǎng)無(wú)法做到完全平衡風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)時(shí)，就必須要限制風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的注入功率。因此，安排實(shí)施發(fā)電計(jì)劃時(shí)，必須要分析好系統(tǒng)在調(diào)頻與調(diào)峰方面的情況。這時(shí)，系統(tǒng)具備旋轉(zhuǎn)備用量，既要與調(diào)頻、調(diào)峰的要求相符，還要與風(fēng)電機(jī)組的出力波動(dòng)值與負(fù)荷平衡所造成的影響之間是相符的。

風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)相關(guān)的問(wèn)題很多，既包括發(fā)電機(jī)組類(lèi)型，也要考慮其裝機(jī)容量，還要考慮其具體的布置，更要考慮電網(wǎng)規(guī)劃，考慮風(fēng)電在傳輸方面的問(wèn)題。當(dāng)引入風(fēng)電場(chǎng)之后，因風(fēng)電在隨機(jī)性及其不確定性的特點(diǎn)，既可能改變運(yùn)行成本，也會(huì)改變電網(wǎng)投資，更會(huì)改變供需方面的關(guān)系。通常情況而言，風(fēng)電利用的小時(shí)數(shù)多較低，一個(gè)好的機(jī)組，基本上能達(dá)到2500小時(shí)/年，這個(gè)效益與火電電網(wǎng)在投資方面的效益相比，風(fēng)電投資效益更具備大的優(yōu)勢(shì)。但由于風(fēng)電所具備的間隙性方面的特點(diǎn)，可能會(huì)產(chǎn)生超范圍危害，同時(shí)，還應(yīng)考慮風(fēng)電裝機(jī)的最優(yōu)比例等問(wèn)題。所以，風(fēng)電場(chǎng)在接入電網(wǎng)后，做好規(guī)劃十分重要，即風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)二者間建設(shè)必須是同步的，應(yīng)以此為據(jù)，開(kāi)展大電網(wǎng)在配套工程方面的建設(shè)。

3 改善風(fēng)電并網(wǎng)性能的有效對(duì)策

3.1 做好關(guān)鍵性數(shù)據(jù)的確定

這方面，主要應(yīng)確定好“最大承受注入功率”和“潮流量”，主要是考慮到風(fēng)力發(fā)電在其分布和風(fēng)速方面具有的隨機(jī)性特點(diǎn)。為使人們有效掌握控風(fēng)能，需要在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，確定風(fēng)電的“最大承受注入功率”，其目的是使風(fēng)力發(fā)電可靠性再提高，發(fā)電效率再提高。為解決風(fēng)力發(fā)電時(shí)因潮流量產(chǎn)生各種問(wèn)題，必須確定其數(shù)值，需要在實(shí)際落實(shí)中，針對(duì)不同地區(qū)、環(huán)境及特殊因素，適當(dāng)選取。

3.2 對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行優(yōu)化

為解決風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行中由于各種因素對(duì)風(fēng)力發(fā)電效率造成影響的問(wèn)題，應(yīng)用必要的保護(hù)性措施，對(duì)風(fēng)電機(jī)組及其相關(guān)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。也就是說(shuō)，要對(duì)原來(lái)的保護(hù)裝置進(jìn)行各種優(yōu)化，同時(shí)，引入先進(jìn)的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的進(jìn)一步提高。目前主要采取的方式是：采用動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，目的是對(duì)系統(tǒng)的暫態(tài)特點(diǎn)加以改善，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)安全容量再提高。這方面應(yīng)主要注意的是：在設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置所有的容量時(shí)，應(yīng)將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、SVC調(diào)節(jié)的特點(diǎn)、風(fēng)電場(chǎng)容量都列為設(shè)計(jì)的依據(jù)。對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化，也是個(gè)好的措施。在負(fù)荷功率因數(shù)得到提高的同時(shí)，也會(huì)使系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性以及風(fēng)場(chǎng)的安全容量得到同步性提升。此外，以低電壓方式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的自動(dòng)切除，對(duì)于在調(diào)控系統(tǒng)產(chǎn)生故障后，保持在電網(wǎng)維護(hù)后穩(wěn)定也是十分有效的。但應(yīng)該注意的是，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)控能力要良好把握和了解，必要時(shí)，可以用直流方式接入到電網(wǎng)中。

3.3 從設(shè)計(jì)方面確保電壓與系統(tǒng)穩(wěn)定性

風(fēng)電組對(duì)風(fēng)力發(fā)電來(lái)說(shuō)，起到控制其發(fā)電質(zhì)量的關(guān)鍵性作用。因此，應(yīng)該從裝置設(shè)計(jì)方面，提升科技含量，確保其質(zhì)量，以使其電子控制裝置更加合理，以更好地解決風(fēng)力發(fā)電方面的缺陷。同時(shí)，還要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)因規(guī)模擴(kuò)大，對(duì)大量使用異步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓崩潰問(wèn)題，也要采取相應(yīng)穩(wěn)定措施。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以風(fēng)電新能源為例，對(duì)其發(fā)電并網(wǎng)方面的措施進(jìn)行探索、討論與總結(jié)，希望對(duì)推動(dòng)風(fēng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮作用，使風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得更大進(jìn)步。