李文德

摘? 要：在大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，風(fēng)力會(huì)通過(guò)葉輪持續(xù)帶動(dòng)輪轂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，持續(xù)由風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能，然后通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械動(dòng)能在轉(zhuǎn)化成為電能。通過(guò)轉(zhuǎn)換器接入電網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于電網(wǎng)的電力輸送。但是在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后會(huì)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)一定的影響，需要針對(duì)其影響內(nèi)容進(jìn)行分析，并且找到最終的影響因素。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng);電網(wǎng);電能;質(zhì)量;影響

1大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行中重點(diǎn)需要解決的技術(shù)問(wèn)題

1.1輸電系統(tǒng)共振型低頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題

在單機(jī)容量有限的情況下，一般情況下，小型風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)之后，由于風(fēng)電場(chǎng)與發(fā)電機(jī)距離較遠(yuǎn)，基本不會(huì)出現(xiàn)功率諧振的情況。但是對(duì)于直接聯(lián)入輸電網(wǎng)絡(luò)的大型風(fēng)電場(chǎng)而言，則很容易出現(xiàn)共振型低頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)致這一風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的主要原因包括：（1）原動(dòng)力不可控，也就上述提到的風(fēng)力發(fā)電具有不可控的特點(diǎn)，自然風(fēng)速具有隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，風(fēng)能在導(dǎo)入每一組風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)都可能成為激勵(lì)源。（2）相較于常規(guī)的發(fā)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組在整體結(jié)構(gòu)上具有較高的柔性，使得機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題難以避免，并直接導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組存在輸出功率振蕩的問(wèn)題。（3）在平均轉(zhuǎn)矩方面，風(fēng)電機(jī)組的平均轉(zhuǎn)矩比傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的平均轉(zhuǎn)矩要高出20%以上，尤其是對(duì)于大型風(fēng)電場(chǎng)而言，風(fēng)電機(jī)組還會(huì)出現(xiàn)幾十萬(wàn)千瓦的功率振蕩，嚴(yán)重威脅輸電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。（4）在風(fēng)電場(chǎng)功率振蕩頻率與電力系統(tǒng)的低頻振蕩頻率一致的情況下，發(fā)生共振風(fēng)險(xiǎn)的概率大大提升。

1.2輸電系統(tǒng)抗干擾能力評(píng)價(jià)與預(yù)警問(wèn)題

隨著科技發(fā)展，我國(guó)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)上取得了顯著成效，但仍然經(jīng)常發(fā)生風(fēng)電事故，主要是因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組及風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)時(shí)，缺乏完善的監(jiān)測(cè)指標(biāo)和制度，大部分風(fēng)電機(jī)組在電能質(zhì)量、功率、電壓及調(diào)節(jié)功能等方面并未形成科學(xué)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加之風(fēng)電場(chǎng)本身比常規(guī)電場(chǎng)的抗干擾能力低，所以在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行中的持續(xù)性發(fā)電受到阻礙。尤其是對(duì)于一些大型且抗干擾能力較差的風(fēng)電場(chǎng)而言，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)很容易出現(xiàn)反復(fù)脫網(wǎng)的問(wèn)題，不利于保障輸電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。除此之外，相較于常規(guī)電站，風(fēng)電場(chǎng)具有一定的特殊性，不僅需要大量機(jī)組，且目前許多大型風(fēng)電場(chǎng)并沒(méi)有建立起可靠性較高的數(shù)學(xué)模型，無(wú)法對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的離線(xiàn)穩(wěn)定性等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算和分析，在風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的情況下，會(huì)影響輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，大型風(fēng)電場(chǎng)在并網(wǎng)之前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，并在并網(wǎng)后進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地抗干擾能力監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，以此對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)的安全性進(jìn)行分析，一旦出現(xiàn)異常情況可及時(shí)向大型風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)運(yùn)行人員發(fā)出報(bào)警信息，使其能科學(xué)有效地進(jìn)行應(yīng)急處理。

1.3風(fēng)電機(jī)組與其他常規(guī)機(jī)組協(xié)調(diào)控制問(wèn)題

大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行后，很多學(xué)者主要針對(duì)其發(fā)電穩(wěn)定性進(jìn)行了研究和分析，因?yàn)榘l(fā)電穩(wěn)定性尤其重要，一旦發(fā)電出現(xiàn)異常，就會(huì)對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)的接入元件造成損壞，進(jìn)而引發(fā)風(fēng)電事故。但是，大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行后，其發(fā)電穩(wěn)定性是變好還是變壞，并沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的、固定的結(jié)論。相關(guān)專(zhuān)家雖然對(duì)大電網(wǎng)接入大型風(fēng)電場(chǎng)中其穩(wěn)定性趨于變好還是變差進(jìn)行了系統(tǒng)研究，但是仍然存在一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在當(dāng)電網(wǎng)大規(guī)模接受異步電動(dòng)機(jī)導(dǎo)出的功率時(shí)，仍未徹底解決如何做到“趨利避害”，確保電網(wǎng)接入大型風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)時(shí)整體系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升的問(wèn)題，關(guān)鍵在于風(fēng)電機(jī)組與其他常規(guī)機(jī)組的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，需要對(duì)大型風(fēng)電機(jī)組對(duì)同步機(jī)組產(chǎn)生的影響以及風(fēng)電機(jī)組與其他常規(guī)同步機(jī)組的交互作用進(jìn)行研究。

2降低風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)影響系數(shù)、改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的有效措施

2.1應(yīng)用改善無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

目前我國(guó)大部分的風(fēng)電場(chǎng)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(wú)法在缺乏無(wú)功功率的情況下支持運(yùn)營(yíng)。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(guó)當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際狀況，比如說(shuō)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(wú)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(chǎng)并網(wǎng)等一系列的影響系數(shù)。在面對(duì)這些問(wèn)題時(shí)需要具體的考慮到如何選擇相應(yīng)的措施對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行解決。通過(guò)以下幾個(gè)不同的方式提高風(fēng)電網(wǎng)接入電廠(chǎng)的整體使用質(zhì)量，并且確保電廠(chǎng)的平穩(wěn)：第一，在風(fēng)電場(chǎng)可以建立超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)，在建立該系統(tǒng)后，配備與其型號(hào)相當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，使用該無(wú)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(wú)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(wú)功補(bǔ)償量，其最終的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)電壓的有效控制，也能夠確保風(fēng)電場(chǎng)的出口處其電壓的穩(wěn)定性，完全滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)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(dòng)態(tài)的波動(dòng)系統(tǒng)的使用質(zhì)量。

2.2做好風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電預(yù)測(cè)工作

通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行分析，能發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)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)電場(chǎng)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，在風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理中，一定要考慮采取多項(xiàng)管理措施與預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行不斷的完善和進(jìn)步。在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，要求其具有周期性和一定的規(guī)律性，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(cè)，才能夠確保在后期開(kāi)展風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)度工作時(shí)，其預(yù)測(cè)的質(zhì)量得到提升，也能夠根據(jù)問(wèn)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(dòng)而導(dǎo)致的風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電預(yù)測(cè)工作質(zhì)量逐步下降的目的。

2.3輕型直流輸電連接電網(wǎng)的使用

近幾年我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展速度越來(lái)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(shuō)是非常良好。特別是隨著資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)，人們利用風(fēng)能來(lái)獲取電能的占比越來(lái)越高，所帶來(lái)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)出的輸出功率以及波動(dòng)對(duì)于電網(wǎng)電能質(zhì)量而言則會(huì)帶來(lái)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(duì)風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的整體過(guò)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(wèn)題，其本身具有非常高的自我調(diào)節(jié)控制能力，滿(mǎn)足當(dāng)前我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)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(chǎng)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(cè)過(guò)程中，其預(yù)測(cè)的質(zhì)量也會(huì)進(jìn)一步的得到提升，能夠幫助我國(guó)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(chǎng)。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(chǎng)本身的優(yōu)化控制能力，確保風(fēng)電場(chǎng)能夠逐步向著最初的普通發(fā)電機(jī)性能，以便于其在開(kāi)展調(diào)度工作中其調(diào)度工作質(zhì)量得到顯著的提升，滿(mǎn)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。

結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前時(shí)代背景下，為貫徹落實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展號(hào)召、構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會(huì)，需要充分提高對(duì)風(fēng)能這一可再生能源的利用率，提高風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，需要全面分析風(fēng)電場(chǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行中對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成各項(xiàng)影響問(wèn)題的主要成因，隨后結(jié)合實(shí)際情況靈活采取優(yōu)化措施，最終實(shí)現(xiàn)提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)接納能力、改善電網(wǎng)供電質(zhì)量的目的。

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