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        風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制措施

        2021-03-08 11:47:31武曉強(qiáng)
        科學(xué)與財(cái)富 2021年2期
        關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量控制措施

        武曉強(qiáng)

        摘 要:隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,我國各個(gè)行業(yè)的發(fā)展水平都有了極大的提升,電力行業(yè)亦是如此,當(dāng)前,無論是社會發(fā)展還是日常生活,都離不開高效、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。從環(huán)保角度來看,新型能源的產(chǎn)電技術(shù)將會逐漸取代傳統(tǒng)的技術(shù),我國要實(shí)時(shí)調(diào)整電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)。但是,我國新興能源產(chǎn)電技術(shù)起步較晚,所以關(guān)鍵技術(shù)還有待進(jìn)一步發(fā)展和突破,工程技術(shù)人員需要進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用新能源產(chǎn)電技術(shù)。

        關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù);電能質(zhì)量;控制措施

        引言

        隨著全球能源危機(jī)與環(huán)境污染等問題的日益加劇,新能源的出現(xiàn)和應(yīng)用開始受到世界各國的關(guān)注,持續(xù)開發(fā)利用新能源是確保人類可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措之一,而其中風(fēng)力發(fā)電在近年來已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。

        1我國風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

        首先是風(fēng)力資源和風(fēng)電基地。中國的風(fēng)力發(fā)電具有非常雄厚的風(fēng)能資源基礎(chǔ),我國的東南沿海地區(qū)、沿海島嶼以及西北、華北、東北等地區(qū)具有非常豐富的風(fēng)力資源,可供開發(fā)利用的風(fēng)能總量可謂取之不盡,在政策、資金和技術(shù)的支持下,前述地區(qū)的風(fēng)能開發(fā)利用,尤其是風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展非常迅速。與世界其他風(fēng)電強(qiáng)國相比,中國的風(fēng)力資源接近美國,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了印度、德國以及西班牙,近年來,在國家能源開發(fā)政策的支持下,我國已經(jīng)建成了八大“千萬千瓦級風(fēng)電基地”,分布于河北、山東、蒙東、蒙西、吉林、江蘇沿海、甘肅酒泉以及新疆哈密,這些風(fēng)電基地在國家能源局的領(lǐng)導(dǎo)下按照“建設(shè)大基地、融入大電網(wǎng)”的戰(zhàn)略規(guī)劃進(jìn)行建設(shè),極大地解決了我國部分地區(qū)用電壓力,而隨著國家未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的調(diào)整,八大風(fēng)電基地及擬投建的項(xiàng)目將調(diào)整為“集中式、分布式”,即集中供電、分散建設(shè),全面并入大電網(wǎng),在國家統(tǒng)一能源戰(zhàn)略規(guī)劃框架內(nèi)開展風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展建設(shè)。其次是目前風(fēng)力發(fā)電存在的問題。一是我國當(dāng)前的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈有待進(jìn)一步完善,從設(shè)計(jì)、咨詢、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)、監(jiān)測等全過程的技術(shù)與產(chǎn)品服務(wù)還不夠健全,風(fēng)力發(fā)電仍然處于起步探索階段,其產(chǎn)業(yè)規(guī)?;l(fā)展過程仍在探索。二是風(fēng)力發(fā)電必然離不開電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃,考慮到輸電線路建設(shè)的較高成本,對當(dāng)前選址在遠(yuǎn)離城市的風(fēng)電項(xiàng)目而言,如何解決好并網(wǎng)的資金投入問題成為關(guān)鍵,同時(shí)還需要考慮到并網(wǎng)過程中出現(xiàn)的兼容性問題,如電壓、諧波、閃變、頻率等容易造成電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)的因素需要加大技術(shù)投入。三是風(fēng)力發(fā)電所提供的電力價(jià)格問題需要進(jìn)一步理順,風(fēng)力發(fā)電的成本核算、市場供需等因素直接關(guān)系到風(fēng)電的價(jià)格,需要眾多單位參與共同擬定合理的價(jià)格既要滿足投資同時(shí)也要迎合民眾。

        2風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制措施

        2.1建立健全風(fēng)力發(fā)電體制機(jī)制

        當(dāng)前,我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展離不開政策上的大力支持,同時(shí)風(fēng)電入網(wǎng)必然也要進(jìn)入市場化運(yùn)作,因此,建立健全風(fēng)力發(fā)電的政策扶持與市場運(yùn)行相結(jié)合的體制機(jī)制建設(shè)勢在必行。首先,要從政府層面建立起完備的風(fēng)電項(xiàng)目扶持政策體系,從政策性文件的制定、規(guī)范立項(xiàng)審批手續(xù)、加強(qiáng)項(xiàng)目監(jiān)管等方面形成科學(xué)規(guī)范的制度,確保風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展建設(shè)在正確的軌道上前進(jìn)。其次,加強(qiáng)對市場層面的監(jiān)督,但不過多干預(yù),對風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在市場化運(yùn)作過程中出現(xiàn)的問題認(rèn)真查找原因并用科學(xué)的技術(shù)和方法來解決,并在此過程中形成行業(yè)規(guī)范,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)體制和機(jī)制的健全。最后,政府扶持政策與市場的杠桿作用并不是對立的,必須要進(jìn)行有機(jī)地融合,從外部為我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)創(chuàng)造雙重優(yōu)勢的外部條件,從而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)該事業(yè)的深度發(fā)展。

        2.2微網(wǎng)運(yùn)行工藝

        首先是微網(wǎng)的運(yùn)行控制。當(dāng)前,人們已經(jīng)能夠利用許多自然資源,但是仍舊還有許多資源無法完全掌控,如風(fēng)力方向、大小等。這就導(dǎo)致微網(wǎng)的抗干擾能力較差,微網(wǎng)的運(yùn)行安全無法有效保障。所以,加強(qiáng)系統(tǒng)控制非常關(guān)鍵,重點(diǎn)是解決協(xié)調(diào)控制問題。微網(wǎng)系統(tǒng)中,雖然每一個(gè)微電源的屬性、構(gòu)造不同,但是系統(tǒng)的總能量是固定的。因此,微電網(wǎng)運(yùn)行過程中,要保持電壓穩(wěn)定,降低其對大電網(wǎng)的負(fù)面影響。另外,微網(wǎng)對并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行兩種狀態(tài)的切換同樣會對大電網(wǎng)造成危害。所以,要優(yōu)化微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù),改變控制方法,消除其對大電網(wǎng)的威脅。其次是微網(wǎng)的故障檢測與保護(hù)。隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步,微網(wǎng)系統(tǒng)既包括雙向潮流,還包含單向潮流,這導(dǎo)致傳統(tǒng)的保護(hù)措施無法有效地維護(hù)系統(tǒng),甚至還會對設(shè)備造成損害。所以,要研究不同運(yùn)行模式下的故障檢測和維護(hù)控制系統(tǒng),充分發(fā)揮微網(wǎng)的作用。

        2.3計(jì)及需求響應(yīng)的風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化

        隨著能源短缺和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻,開發(fā)清潔可再生的新能源受到人們的廣泛關(guān)注和重視,其中風(fēng)力發(fā)電因清潔高效等優(yōu)良特性而獲得快速發(fā)展,分布式風(fēng)電在配電網(wǎng)的滲透率越來越高,但分布式風(fēng)電輸出功率具有典型的波動(dòng)特性,為保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,配電網(wǎng)對分布式風(fēng)電的消納能力是有限的,棄風(fēng)現(xiàn)象在配電網(wǎng)的運(yùn)行中時(shí)有發(fā)生,因此,為促進(jìn)風(fēng)電新能源的利用效率和配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)性的提高,需對風(fēng)力發(fā)電在配電網(wǎng)的并網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化分析。在對風(fēng)電輸出功率特性分析的基礎(chǔ)上,考慮需求響應(yīng)對風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化的影響,建立計(jì)及需求響應(yīng)的風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化模型,模型的求解則采用Q學(xué)習(xí)算法和量子粒子群法相融合的求解方法,通過PJM5-bus配電網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化實(shí)例的計(jì)算,優(yōu)化模型及求解方法具有有效性和優(yōu)越性。

        2.4風(fēng)力發(fā)電超高次諧波發(fā)射特性分析

        隨著超高次諧波概念的提出,風(fēng)力發(fā)電超高次諧波問題的相關(guān)分析逐漸開展。在超高次諧波頻率范圍內(nèi),重點(diǎn)分析了PMSG并網(wǎng)引起的3~7kHz范圍內(nèi)的超高次諧波的影響?;诨A(chǔ)的電路模型與控制模型,對DFIG并網(wǎng)系統(tǒng)超高次諧波進(jìn)行初步分析。這些研究更多立足于仿真或?qū)崪y數(shù)據(jù),分析了風(fēng)力發(fā)電超高次諧波在其并網(wǎng)條件下的表現(xiàn)形式,并未對超高次諧波具體產(chǎn)生機(jī)理與影響因素進(jìn)行詳細(xì)研究,超高次諧波發(fā)射特性分析仍不夠充分。另一方面,類似超高次諧波發(fā)射問題在光伏發(fā)電與電動(dòng)汽車相關(guān)領(lǐng)域已有較為深入的研究??傊?,有必要立足于風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行背景,基于其變流器超高次諧波產(chǎn)生機(jī)理,進(jìn)一步明確其超高次諧波發(fā)射特性。

        2.5區(qū)域小水電與風(fēng)力發(fā)電在孤網(wǎng)初期穩(wěn)定性仿真

        南方地區(qū)有豐富的水資源和風(fēng)資源,因地制宜發(fā)展分布式能源有助于減少煤炭消耗。在南方山區(qū)電網(wǎng),存在風(fēng)電和某地區(qū)的小水電接群入同一條線路的情況。當(dāng)前對小水電群和風(fēng)電組成的微電網(wǎng)及其與主電網(wǎng)的交互影響研究較少。小水電群和風(fēng)電組成的微電網(wǎng)接入主電網(wǎng)時(shí),由于主電網(wǎng)的支撐作用,穩(wěn)定性問題不明顯。當(dāng)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開后,小型水力發(fā)電機(jī)組與風(fēng)力發(fā)電分布式能源所在的微電網(wǎng)形成了孤島狀態(tài)。由于山區(qū)小型水力發(fā)電,風(fēng)力發(fā)電多運(yùn)行在缺少儲能設(shè)備的情況下,孤島后電壓和頻率的穩(wěn)定性問題是研究的關(guān)鍵點(diǎn)。孤島若能夠保持電壓和頻率的穩(wěn)定,則有助于避免切機(jī)切負(fù)荷情況,提高供電可靠性。減小分布式能源接入?yún)^(qū)域配電網(wǎng)時(shí)所造成的影響。

        結(jié)語

        近年來,我國在新能源發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和使用方面取得顯著成果,但是因?yàn)槎喾N因素的制約,其進(jìn)一步發(fā)展受到嚴(yán)重阻礙。所以,人們需要不斷優(yōu)化新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),不斷提高系統(tǒng)運(yùn)行效率,促進(jìn)電力行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

        參考文獻(xiàn):

        [1]唐壘.淺談我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2014(9).

        [2]李慧蘭.我國風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].科學(xué)之友,2013(11).

        [3]李舟.分散式風(fēng)電的發(fā)展及現(xiàn)狀分析[J].電力勘測設(shè)計(jì),2018(11).

        [4]劉樓.我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、困境及對策[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2016(11).

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