潘翀

（中國水電工程顧問集團(tuán)有限公司云南分公司，云南 昆明 650051）

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，能源資源的短缺問題愈發(fā)嚴(yán)重，在這種情況下，相關(guān)人員應(yīng)積極樹立良好的環(huán)保意識(shí)，將電場發(fā)電由以往傳統(tǒng)的燃煤手段開始向新能源的方向過渡轉(zhuǎn)變，如太陽能、風(fēng)能，將其作為發(fā)電的原動(dòng)力，不但能實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的充分利用，還能達(dá)到環(huán)保節(jié)約的成效。然而在此期間，雖然風(fēng)電場電網(wǎng)電能的輸運(yùn)比例在持續(xù)增加，但并網(wǎng)方式對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來的影響也非常突出，并對(duì)風(fēng)力發(fā)電有著一定的制約作用，需要相關(guān)的專業(yè)人士開深入的研究分析。

1 關(guān)于風(fēng)電場運(yùn)行特點(diǎn)的簡要分析

1.1 風(fēng)力發(fā)電流程

風(fēng)機(jī)葉片在風(fēng)力作用下帶動(dòng)齒輪箱旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，使風(fēng)能漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，而輪轂也在機(jī)械能轉(zhuǎn)變期間，順利將轉(zhuǎn)子機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子中，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)電機(jī)順利地發(fā)電運(yùn)行，再通過變電站將電能全部并入到電網(wǎng)中提供用戶使用，見圖1。

圖1 風(fēng)力發(fā)電流程圖

1.2 風(fēng)電場的運(yùn)行特點(diǎn)

由上文了解到，風(fēng)力發(fā)電主要是以風(fēng)能為運(yùn)行原動(dòng)力，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)自然領(lǐng)域資源的充分利用，又能具備零污染排放的優(yōu)勢，并且無論是占地面積，還是施工進(jìn)度都能達(dá)到預(yù)期理想效果。但是同時(shí)也存在一定的不足之處，即為風(fēng)速、風(fēng)向無法通過人為手段對(duì)其有效控制，所以常常會(huì)使風(fēng)電場的輸出功率存在著嚴(yán)重的波動(dòng)性特點(diǎn)，甚至在并入電網(wǎng)后，也會(huì)使電網(wǎng)的運(yùn)行極其不穩(wěn)定。

2 風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的分析

根據(jù)相關(guān)的調(diào)查顯示，因受到風(fēng)力大小、電網(wǎng)系統(tǒng)布局及風(fēng)能分布等綜合性因素的影響，導(dǎo)致風(fēng)電場電能輸出往往普遍存在著波動(dòng)性和間歇性的問題，若處于容量較小風(fēng)電場環(huán)境下，這種情況可直接忽略，但若風(fēng)電場的總體容量較大，則相應(yīng)電網(wǎng)占據(jù)的比重也較大，那么這種不穩(wěn)定的電能輸出，可能對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量所產(chǎn)生的影響不容忽視，具體體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 對(duì)電網(wǎng)頻率的影響

基于風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，向電網(wǎng)運(yùn)行輸送的電能資源也在持續(xù)增加，進(jìn)而因受到功率波動(dòng)影響，可能對(duì)電網(wǎng)頻率帶來威脅的影響更加明顯，一旦電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)遭到干擾破壞，電網(wǎng)電壓便會(huì)迅速下降，甚至可能致使穿透性能較差的風(fēng)電機(jī)組停止運(yùn)行。在這種情況下，風(fēng)電場并網(wǎng)實(shí)行就尤為重要，不僅使其擁有不同于其他常規(guī)型號(hào)機(jī)組的較強(qiáng)的頻率響應(yīng)性能，還能具備良好的跟蹤調(diào)節(jié)和挽救電網(wǎng)頻率波動(dòng)的能力。此外，出于對(duì)風(fēng)電運(yùn)行輸電波動(dòng)隨機(jī)性的充分考慮，往往在無風(fēng)或風(fēng)速較小的情況下，電網(wǎng)頻率將會(huì)大幅度下降，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響，因此這就需要相關(guān)工作人員能夠切實(shí)增大電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的容量，并從中選擇較為適宜的優(yōu)化調(diào)度的運(yùn)行模式。

2.2 對(duì)電網(wǎng)沖擊影響

基于當(dāng)前的實(shí)際情況來看，風(fēng)電場運(yùn)行期間使用頻率最高的發(fā)電設(shè)備便是異步電機(jī)，并且在并網(wǎng)操作期間，需充分滿足速度同步條件，方能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。但同時(shí)異步電機(jī)也存在一定隱患，如因異步電機(jī)缺少相對(duì)獨(dú)立的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，且并網(wǎng)前電壓會(huì)全部歸零，并網(wǎng)后若想達(dá)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定電壓狀態(tài)，也需經(jīng)過一個(gè)過程，在此期間會(huì)逐漸產(chǎn)生額定電流在6～8倍之間的沖擊電流，在經(jīng)過幾百ms和幾s后方能趨于穩(wěn)定狀態(tài)。此外，若風(fēng)電場并網(wǎng)處于容量較大的系統(tǒng)中，沖擊電流可能對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來的影響可完全忽略不計(jì)，但若風(fēng)電場并網(wǎng)處于容量較小的系統(tǒng)中，形成的沖擊電流將會(huì)使電網(wǎng)電壓驟停，甚至可能對(duì)其他設(shè)備的正常使用帶來不利影響。

2.3 對(duì)短路電流的影響

由上文可知，風(fēng)電場實(shí)際運(yùn)行期間采用的儀器設(shè)備是異步電機(jī)，往往其在具體運(yùn)行期間必定會(huì)受自身電動(dòng)作用影響而向短路傳送短路電流，極大增加了電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)電路的電流數(shù)值。同時(shí)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)可能對(duì)電網(wǎng)潮流所帶來的影響也不容忽視，如風(fēng)速、電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況等，都有可能引發(fā)風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)脫網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)，甚至出現(xiàn)變化或轉(zhuǎn)移。在此期間還需注意，如果風(fēng)電機(jī)組并不具備低壓穿透性能，那么在故障發(fā)生期間，也可能出現(xiàn)脫網(wǎng)現(xiàn)象，進(jìn)而影響到電網(wǎng)電能的整體質(zhì)量。此外，風(fēng)電場并網(wǎng)還有可能對(duì)諧波產(chǎn)生影響，一般諧波主要是由鐵磁飽和設(shè)備、電弧設(shè)備及電子開關(guān)設(shè)備等共同組合而成，基于風(fēng)電機(jī)組的角度來看，發(fā)電機(jī)自身所具備的諧波可以忽略，諧波電流的真正來源為風(fēng)電機(jī)組中的電力電子元件；而對(duì)于定速風(fēng)電機(jī)組來說，若其全程并不存在電力電子元件設(shè)備，那么風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行期間將不會(huì)產(chǎn)生諧波，這時(shí)就需要在風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行期間，工作人員將軟并網(wǎng)裝置安裝其中，以便能產(chǎn)生諧波電流。

3 風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的改進(jìn)措施

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的不斷提升，風(fēng)電場逐漸開始向智能化、現(xiàn)代化的方向轉(zhuǎn)變，但對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量存在的影響也仍存在。在此情況下，為進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率，大力提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，相關(guān)工作人員應(yīng)積極開展以下工作。

3.1 有效改善無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)手段

根據(jù)調(diào)查顯示，風(fēng)電場并網(wǎng)中的大多數(shù)異步發(fā)電機(jī)設(shè)備均為感性元件，往往其在實(shí)際運(yùn)行期間需要得到大量的無功支持，而無功補(bǔ)償量的多少又與接入點(diǎn)的實(shí)際電壓大小有著直接關(guān)系。目前風(fēng)電場中應(yīng)用頻率最高的便是SMES超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置設(shè)備，其中SMES超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅具備良好的有功無功功率調(diào)節(jié)能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功率補(bǔ)償?shù)撵`活調(diào)整改善，還能極大降低風(fēng)電場的輸出功率、波動(dòng)頻率，充分保證電網(wǎng)電壓運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。而動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置設(shè)備可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，有效調(diào)整改善電網(wǎng)運(yùn)行中的無功補(bǔ)償功率數(shù)值，進(jìn)一步調(diào)整電壓大小，增強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際性能，并且動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置還能具體安裝在風(fēng)電場的出口位置，借助風(fēng)電場接入點(diǎn)電壓數(shù)值的準(zhǔn)確計(jì)算來有效控制無功補(bǔ)償量，進(jìn)而在確保風(fēng)電場電壓處于穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，防止電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，有利于提高電網(wǎng)電能的整體質(zhì)量水平。

3.2 輕型直流輸電連接電網(wǎng)的使用

通常來說，輕型直流輸電技術(shù)就是以PWM為基礎(chǔ)的電壓源換流器技術(shù)手段，普遍具備較強(qiáng)的直流輸電性能，而在風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行期間，則可應(yīng)用該技術(shù)順利解決因受電源分散影響而出現(xiàn)的輸電走廊問題，使其具備較強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)控制能力。同時(shí)輕型輸電連接電網(wǎng)的使用還能有效克服短路容量對(duì)風(fēng)電場實(shí)際容量的規(guī)范限制，促使電網(wǎng)運(yùn)行始終處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)，有效提升電網(wǎng)的電能質(zhì)量。此外，風(fēng)電場并網(wǎng)的運(yùn)行效率如何主要由風(fēng)速來決定，而隨著各種新型技術(shù)手段的不斷創(chuàng)新完善，預(yù)測風(fēng)速的能力也應(yīng)進(jìn)一步完善，便于幫助工作人員得到更加準(zhǔn)確的風(fēng)力發(fā)電性能數(shù)值，幫助電網(wǎng)靈活的容納風(fēng)電場，并且在此基礎(chǔ)上工作人員還需不斷增強(qiáng)自身風(fēng)電場的優(yōu)化控制能力，讓其逐步開始向普通發(fā)電機(jī)的性能靠近，借此便于更好的開展調(diào)度安排工作，促使電網(wǎng)的電能質(zhì)量得到大幅度提升，為電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供良好保障。

4 結(jié)語

綜上所述，因風(fēng)力發(fā)電所具體使用的能源是環(huán)保、無污染的自然能源，再加上其技術(shù)手段日趨成熟，因而擁有良好的發(fā)展前景。隨著風(fēng)電場電網(wǎng)需求容量的不斷提升，相應(yīng)的輸出功率所產(chǎn)生的波動(dòng)將對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量帶來極為不利的影響，這就需要相關(guān)工作人員能在具體工作中，不斷加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電場發(fā)電的設(shè)備管理力度，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)度，進(jìn)而便于極大增強(qiáng)風(fēng)電場并網(wǎng)的容納能力，針對(duì)風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行期間可能對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響的眾多因素，及時(shí)提出針對(duì)性的治理方法，從而有效提高電能質(zhì)量。