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        風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響探析

        2021-06-30 10:14:44劉世增劉秉南何桐波楊揚(yáng)莫一凡
        科技風(fēng) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量電網(wǎng)

        劉世增 劉秉南 何桐波 楊揚(yáng) 莫一凡

        摘 要:本文的主要目的是針對風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行簡要的探究分析,并且降低風(fēng)電場并網(wǎng)影響系數(shù),改善電網(wǎng)電能質(zhì)量,提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,促使風(fēng)電場能為我國電力企業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

        關(guān)鍵詞:風(fēng)電場并網(wǎng);電網(wǎng);電能質(zhì)量

        在大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的過程中,風(fēng)力會通過輪葉持續(xù)帶動輪轂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,其持續(xù)由風(fēng)能轉(zhuǎn)化成為機(jī)械動能。然后通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將其機(jī)械動能在轉(zhuǎn)化成為電能。通過轉(zhuǎn)換器接入電網(wǎng),最終實(shí)現(xiàn)對于電網(wǎng)的電力輸送。但是在風(fēng)電場并網(wǎng)后會對電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來一定的影響,需要針對其影響內(nèi)容進(jìn)行分析,并且找到最終的影響因素。

        一、風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量所造成的具體影響

        根據(jù)我國對于風(fēng)電場并網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析,能發(fā)現(xiàn)其受到風(fēng)力大小的影響非常明顯,其中含有各種不同的因素,比如說電網(wǎng)系統(tǒng)布局、風(fēng)能分布等,但是風(fēng)力的大小仍舊成為風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量而言最重要的因素之一,如果在這一階段下,電網(wǎng)的電能仍舊是不穩(wěn)定的輸出,其對電網(wǎng)電能質(zhì)量而言也不容忽視,其中具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)不同的方面。

        (一)對電網(wǎng)的沖擊

        從目前發(fā)展的實(shí)際狀況進(jìn)行分析,電網(wǎng)運(yùn)行期間,使用頻率最高的發(fā)電設(shè)備是異步電機(jī),并且異步電機(jī)在并網(wǎng)操作期間會產(chǎn)生額定電流,在8~6倍的沖擊電流中,其經(jīng)過了幾百毫秒或者是幾秒后才能夠趨穩(wěn)定的狀態(tài),如果該電廠的并網(wǎng)容量較大,則可以對于沖擊電流處于忽略狀態(tài),因?yàn)闆_擊電流并不會對電網(wǎng)的整體運(yùn)行穩(wěn)定帶來過大的負(fù)面影響,但是如果該風(fēng)電場并網(wǎng)處于容量較小的狀態(tài)中,則所形成的沖擊電流則會對電網(wǎng)電壓帶來非常負(fù)面的影響,容易引起電網(wǎng)電壓的驟停,甚至給其他設(shè)備的正常使用帶來不利影響。從目前我國風(fēng)電場并網(wǎng)對于電能電網(wǎng)質(zhì)量的影響狀態(tài)進(jìn)行分析,我國多數(shù)并網(wǎng)型風(fēng)電場機(jī),即普遍具有發(fā)電規(guī)模較大這一運(yùn)行特征,風(fēng)電場在并網(wǎng)運(yùn)行的過程中,其所接入的電網(wǎng)需要輸出大量的電能,從而不斷地加大了并網(wǎng)型電網(wǎng)電能的輸出功率,其本身走向的是輸出功率高,并且波動性較為明顯的運(yùn)行特征,也就是所謂的風(fēng)電場。對風(fēng)電場的影響系數(shù)、風(fēng)電場在輸出電能時(shí),其自身所帶來的輸出功率浮動波度相對較大。為此,由于其浮動波度的變化,電網(wǎng)受到的影響同樣會越來越明顯,其中最為明顯的就是頻率系數(shù)。基于這一種情況,應(yīng)考慮到電網(wǎng)本身會受到電能輸出功率所帶來的正面影響和負(fù)面影響,但是其所帶來的幅度變化并不會完全改變電網(wǎng)自身在運(yùn)行時(shí)的頻率,也就是說風(fēng)電場輸出電能的功率幅度改變是電網(wǎng)發(fā)生變化的最基本誘因。雖然會引發(fā)一系列的連鎖反應(yīng),但是其最終并不會對電網(wǎng)帶來過大的影響,其一系列連鎖反應(yīng)包括了電壓降低、部分低壓傳統(tǒng)型機(jī)組出現(xiàn)停機(jī)等問題,其最終帶來的后果是電網(wǎng)自身的運(yùn)行穩(wěn)定性在不斷下降,其頻率也在下降,而導(dǎo)致風(fēng)減小,其中包括了風(fēng)速降低,風(fēng)力減小等,電網(wǎng)自身在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性也會受到負(fù)面影響。

        (二)影響電網(wǎng)頻率與電壓波動、閃變

        通過對目前我國大部分風(fēng)電場在運(yùn)行過程中的狀態(tài)進(jìn)行分析,得出一個(gè)較為明顯的特征,就是電能的輸出功率不夠穩(wěn)定。進(jìn)而導(dǎo)致各風(fēng)電發(fā)電組在整體運(yùn)行中,其電能的功率出現(xiàn)了一定的波動,該波動幅度較大,如果在情節(jié)嚴(yán)重時(shí),可能會產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)。比如說常見的由于電能功率出現(xiàn)波動而影響到了機(jī)動機(jī)端電壓或者是并網(wǎng)點(diǎn)電壓進(jìn)而導(dǎo)致兩個(gè)不同地區(qū)的電壓出現(xiàn)波動而產(chǎn)生了電網(wǎng)閃變現(xiàn)象。由于電網(wǎng)的電壓值本身是一個(gè)相對的穩(wěn)定值,但當(dāng)風(fēng)電輸出功率出現(xiàn)波動時(shí),就會導(dǎo)致極端的電壓和并網(wǎng)的電壓同時(shí)產(chǎn)生波動,其波動的狀態(tài)較為明顯,甚至十分容易導(dǎo)致電能的輸出功率存在問題,其輸出功率的波動幅度同樣得到提升,閃電出現(xiàn)的征兆也會更為明顯。在發(fā)現(xiàn)這一問題時(shí),維修管理人員應(yīng)了解到這是風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的最重要的內(nèi)容之一。在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過程中,其受到了多個(gè)不同方面因素的影響,比如常見的有風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)等,這些都會導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性在逐步下降,在情節(jié)嚴(yán)重時(shí)還有可能會出現(xiàn)葉輪穩(wěn)定性下降等問題,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率其大幅度波動等,而輸出功率的波動幅度也會隨著川流強(qiáng)度不斷提升,進(jìn)而展現(xiàn)出相對較為明顯的加大現(xiàn)象,由此能得到兩個(gè)不同的結(jié)論分別是:第一,當(dāng)前風(fēng)電場并網(wǎng)之所以會對電能電壓產(chǎn)生質(zhì)量影響,是由于大多數(shù)的風(fēng)電場都存在著一個(gè)問題,就是機(jī)短路容量小,并且會分布在電網(wǎng)尾端。第二,由于在風(fēng)電場運(yùn)行的整個(gè)過程中,其外界因素是人為無法控制的,變化程度無法在短時(shí)間內(nèi)對其進(jìn)行確定,甚至出現(xiàn)了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性在逐步下降等一系列的波動,直接降低了電網(wǎng)電能在使用的質(zhì)量。

        (三)對諧波產(chǎn)生影響

        風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量所造成的具體影響不僅包括了電網(wǎng)頻率與電壓波動、閃變等,還有可能會對諧波產(chǎn)生影響。在多數(shù)情況下,電網(wǎng)中的諧波是由鐵磁飽和設(shè)備、電弧設(shè)備以及電子開關(guān)設(shè)備等不同的內(nèi)容共同組合而成。如果僅僅以風(fēng)電機(jī)組的角度進(jìn)行分析,風(fēng)電場并網(wǎng)對發(fā)電機(jī)自身所產(chǎn)生的諧波影響直接選擇忽略不計(jì),其原因是諧波電流的真正來源是風(fēng)電機(jī)組中的電力電子元件。但是不僅要考慮到這種諧波電流,其所需要考慮到的內(nèi)容較多,其中還包括了定速風(fēng)電機(jī)組來說,對該機(jī)組而言,其整個(gè)的使用過程中,并不存在電力電子元件設(shè)備,那么則可以證明,在整個(gè)風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中,就不會產(chǎn)生諧波,在這一階段想要直接提高電網(wǎng)運(yùn)行中的穩(wěn)定性,首先要考慮的內(nèi)容就是要求,工作人員直接將并網(wǎng)裝置安裝在其中,最終的目的是方便在后期工作的過程中能產(chǎn)生諧波電流,確保電網(wǎng)使用的穩(wěn)定性和安全性,符合我國對電力企業(yè)的相關(guān)要求。

        二、降低風(fēng)電場并網(wǎng)影響系數(shù)、改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的有效措施

        (一)應(yīng)用改善無功補(bǔ)償技術(shù)

        目前我國大部分的風(fēng)電場工作時(shí),所選擇的異步電機(jī)設(shè)備都是感性元件,但是感性元件在使用時(shí)存在其獨(dú)有的制約性,也就是無法在無功功率的情況下支持運(yùn)營。想讓電網(wǎng)電能質(zhì)量以及電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性得到充足的保障,首先要考慮到的就是我國當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際狀況,比如說各地區(qū)不同的電網(wǎng)接入點(diǎn)、各地區(qū)的電壓數(shù)值等,可以適當(dāng)?shù)倪x擇無功功率補(bǔ)償量,并且考慮到電網(wǎng)電能的整體質(zhì)量以及風(fēng)電場并網(wǎng)等一系列的影響系數(shù)。在面對這些問題時(shí)需要具體的考慮到如何選擇相應(yīng)的措施對該問題進(jìn)行解決。通過以下幾個(gè)不同的方式提高風(fēng)電網(wǎng)接入電廠的整體使用質(zhì)量,并且確保電廠的平穩(wěn):第一,在風(fēng)電場可以建立超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng),在建立該系統(tǒng)后,配備與其型號相當(dāng)?shù)膭討B(tài)無功補(bǔ)償裝置,使用該無功補(bǔ)償裝置可以時(shí)時(shí)刻刻地了解到在不同地區(qū)的電網(wǎng)實(shí)際狀況,能夠隨時(shí)隨地的進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置的調(diào)節(jié),同時(shí)制定最為合理的、恰當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償量,其最終的目的是實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電網(wǎng)電壓的有效控制,也能夠確保風(fēng)電場的出口處其電壓的穩(wěn)定性,完全滿足風(fēng)電場出口處的裝置凈輸出使用效果,也能夠展現(xiàn)出調(diào)節(jié)功率、降低輸電功率,實(shí)現(xiàn)動態(tài)的波動系統(tǒng)的使用質(zhì)量。

        (二)做好風(fēng)電場發(fā)電預(yù)測工作

        從當(dāng)前對所有的風(fēng)電場在運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行分析時(shí),能發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場運(yùn)行的質(zhì)量與風(fēng)能的大小、風(fēng)速、風(fēng)力有著非常密切的關(guān)系,直接決定了風(fēng)電廠自身輸出電能的能力以及輸出電能的功率、電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)的質(zhì)量。為此,在整個(gè)風(fēng)電場進(jìn)行經(jīng)營管理的過程中,一定要考慮到采取多項(xiàng)管理措施與預(yù)測技術(shù)進(jìn)行工作與學(xué)習(xí),在風(fēng)電場運(yùn)行的過程中。要求其具有周期性,能夠?qū)罄m(xù)一段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)能大小進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測,才能夠確保在后期開展風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)度工作時(shí),其預(yù)測的質(zhì)量得到提升,也能夠根據(jù)問題制定出最有效地預(yù)防和解決措施。達(dá)成規(guī)避電網(wǎng)的沖擊或者是由于第二波動而導(dǎo)致的風(fēng)電場發(fā)電預(yù)測工作質(zhì)量在逐步下降的目的。

        (三)輕型直流輸電連接電網(wǎng)的使用

        近幾年我國的風(fēng)力發(fā)電速度越來越快,整體的技術(shù)手段也有著非常明顯的變化,風(fēng)力發(fā)電的前景可以說是非常良好。特別是隨著資源節(jié)約型社會的建設(shè),人們利用風(fēng)能來獲取電能的頻率越來越高,其所帶來的不僅僅是環(huán)境保護(hù),同時(shí)也能提高資源的整體利用效率,所展現(xiàn)出的輸出功率以以及波動對于電網(wǎng)電能質(zhì)量而言則會帶來一定的負(fù)面影響,要求所有的工作人員能夠在日常的工作中提高對風(fēng)電場發(fā)電設(shè)備的管理認(rèn)知。多數(shù)情況下想要提高電網(wǎng)電能的整體質(zhì)量,可以應(yīng)用輕直流輸電連接技術(shù)。所謂輕直流輸電連接技術(shù),主要是以PWN作為基礎(chǔ)的電壓源換流器,其技術(shù)手段極其普遍,具有較強(qiáng)的直流輸電性能,在風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行的整體過程中,由于該技術(shù)的出現(xiàn)能夠順利地解決由于電源分散而出現(xiàn)的輸電走廊問題,其本身具有非常高的自我調(diào)節(jié)控制能力,滿足當(dāng)前我國風(fēng)電場并網(wǎng)后對電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來的負(fù)面影響,同時(shí)連接電網(wǎng)的使用。除此之外,決定了風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行效率的主要因素是風(fēng)速。隨著各種不同的技術(shù)手段在不斷地進(jìn)行創(chuàng)新與完善,當(dāng)前在進(jìn)行風(fēng)速的預(yù)測過程中,其預(yù)測的質(zhì)量也會進(jìn)一步的得到提升,能夠幫助我國電網(wǎng)的工作人員在最短時(shí)間內(nèi)得到最準(zhǔn)確的風(fēng)力發(fā)電性能數(shù)值,并且讓電網(wǎng)更加靈活地容納更多風(fēng)電場。在此基礎(chǔ)之上,作為電網(wǎng)的工作人員還需要了解到,如何不斷增強(qiáng)風(fēng)電場本身的優(yōu)化控制能力,確保風(fēng)電場能夠逐步向著最初的普通發(fā)電機(jī)性能,以便于其在開展調(diào)度工作中其調(diào)度工作質(zhì)量得到顯著的提升,滿足現(xiàn)階段電網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的安全、穩(wěn)定這一要求。

        三、結(jié)語

        綜上所述,在當(dāng)前分析風(fēng)電場并網(wǎng)對于電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的過程中,一定要考慮到之所以選擇利用風(fēng)力發(fā)電,是由于風(fēng)力發(fā)電所帶來的能源,是環(huán)保的、無污染的自然能源。要求工作人員認(rèn)知在風(fēng)電場發(fā)電設(shè)備管理的過程中如何提高管理的整體效果,并且對其內(nèi)容進(jìn)行有效的優(yōu)化和調(diào)整,最大限度地確保風(fēng)電場的容納能力能夠得到提升,在風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行的過程中也會出現(xiàn)一系列負(fù)面影響,需要對其內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的分析,并且根據(jù)現(xiàn)階段的技術(shù)提出相應(yīng)的改變方式。

        參考文獻(xiàn):

        [1]鄒京希,秦漢,劉東,曹敏,李維.考慮頻率約束下提升風(fēng)儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)可靠性的儲能系統(tǒng)控制策略[J].供用電,2020,37(02):73-78.

        [2]潘翀.風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析[J].中國設(shè)備工程,2018(19):186-187.

        作者簡介:劉世增(1988— ),男,漢族,云省大理人,本科,工程師,研究方向:風(fēng)電場并網(wǎng)。

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