風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響

1、    風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響    劉婧 董舒摘要：目前全球能源消耗速度逐年遞增，大量能源的消耗，帶來十分嚴(yán)重的環(huán)境問題，如氣候變暖、生態(tài)破壞、大氣污染等，且傳統(tǒng)的化石能源儲(chǔ)量有限，過度的開采利用將加速其耗竭的速度。由于發(fā)電結(jié)構(gòu)長期不合埋，火電所占比例過大，由此帶來了日益嚴(yán)重的燃料資源缺乏和環(huán)境污染問題。對(duì)于可再生能源的開發(fā)和利用變得頗為急切。在各種可再生能源利用中，風(fēng)能具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。風(fēng)能發(fā)電在技術(shù)上日趨成熟，商業(yè)化應(yīng)用不斷提高，是具有大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生資源。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;發(fā)電質(zhì)量;穩(wěn)定性引言我國在可持續(xù)發(fā)展道路上，著重開發(fā)可再生

2、資源是滿足當(dāng)前電力需求供應(yīng)的主要渠道，風(fēng)力發(fā)電便是其中之一。依據(jù)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)工作原理，風(fēng)速大小變化對(duì)發(fā)電量具有一定影響，隨著風(fēng)速的增加，發(fā)電量逐漸增多。雖然風(fēng)速增加對(duì)發(fā)電量的提升有所幫助，但是對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，本文將對(duì)此展開研究。一、風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響1.1風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)模問題目前，我國正在進(jìn)行全國電網(wǎng)互聯(lián)，電網(wǎng)規(guī)模日益增大。對(duì)于接入到大電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)，其容量在電網(wǎng)總裝機(jī)容量中占的比例很小，風(fēng)電功率的注入對(duì)電網(wǎng)頻率影響甚微，不是制約風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的主要問題。然而，風(fēng)能資源豐富的地區(qū)人口稀少，負(fù)荷量小，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，風(fēng)電功率的注入改變了電網(wǎng)的潮流分布，對(duì)局部電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓產(chǎn)生

3、較大的影響，成為制約風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的重要問題。風(fēng)力發(fā)電的原動(dòng)力是不可控的，是否處于發(fā)電狀態(tài)以及出力的大小都決定于風(fēng)速的狀況，風(fēng)速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風(fēng)電機(jī)組的出力也具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)。在現(xiàn)有的技術(shù)水平下風(fēng)力發(fā)電還無法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，因此風(fēng)電基本上是不可調(diào)度的。1.2對(duì)電能質(zhì)量的影響風(fēng)資源的不確定性和風(fēng)電機(jī)組本身的運(yùn)行特性使風(fēng)電機(jī)組的輸出功率是波動(dòng)的，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，如電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、諧波以及周期性電壓脈動(dòng)等。電壓波動(dòng)和閃變是風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要負(fù)面影響之一。影響風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生波動(dòng)和閃變的因素有很多%隨著風(fēng)速的增大，風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變也不斷增大。并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組在啟動(dòng)、

4、停止和發(fā)電機(jī)切換過程中也產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變。風(fēng)電機(jī)組公共連接點(diǎn)短路比越大，風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)和閃變?cè)叫?。另外，風(fēng)電機(jī)組中的電力電子控制裝置如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會(huì)向電網(wǎng)注入諧波電流，引起電壓波形發(fā)生不可接受的畸變，并可能引發(fā)由諧振帶來的潛在問題。1.3對(duì)穩(wěn)定性的影響風(fēng)力發(fā)電通常接入電網(wǎng)的末端，改變了配電網(wǎng)功率單向流動(dòng)的特點(diǎn)，使潮流流向和分布發(fā)生改變，這在原有電網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)是沒有預(yù)先考慮的。因此，隨著風(fēng)電注入功率的增加，風(fēng)電場(chǎng)附近局部電網(wǎng)的電壓和聯(lián)絡(luò)線功率將會(huì)超出安全范圍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電壓崩潰。由于采用異步發(fā)電機(jī)，風(fēng)電系統(tǒng)在向電網(wǎng)注入功率的同時(shí)要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率。因此，為了補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)的

5、無功功率，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都配有功率因數(shù)校正裝置，目前常用的是分組投切的并聯(lián)電容器。電容器的無功補(bǔ)償量的大小與接入點(diǎn)電壓的平方成正比，當(dāng)系統(tǒng)電壓水平較低時(shí)，并聯(lián)電容器的無功補(bǔ)償量迅速下降，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的無功需求上升，進(jìn)一步惡化電壓水平，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電壓崩潰。1.4對(duì)保護(hù)裝置的影響為了減少風(fēng)電機(jī)組的頻繁投切對(duì)接觸器的損害，在有風(fēng)期間風(fēng)電機(jī)組都保持與電網(wǎng)相連，當(dāng)風(fēng)速在起動(dòng)風(fēng)速附近變化時(shí)，允許風(fēng)電機(jī)組短時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，因此風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線的功率流向有時(shí)是雙向的。因此，風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)裝置的配置和整定應(yīng)充分考慮到這種運(yùn)行方式。異步發(fā)電機(jī)在發(fā)生近距離三相短路故障時(shí)不能提供持續(xù)的故障電流，在不對(duì)稱故障

6、時(shí)提供的短路電流也非常有限。因此風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)的技術(shù)困難是如何根據(jù)有限的故障電流來檢測(cè)故障的發(fā)生，使保護(hù)裝置準(zhǔn)確而快速地動(dòng)作。另一方面，盡管風(fēng)力發(fā)電提供的故障電流非常有限，但也有可能會(huì)影響現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置的正確運(yùn)行，這在最初的配電網(wǎng)保護(hù)配置和整定時(shí)是沒有考慮到的。二、風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)影響的解決措施2.1風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的科學(xué)設(shè)計(jì)為了有效解決風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的問題，需要采取相應(yīng)的措施，解決面臨的問題，目前國內(nèi)外對(duì)于風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的研究，首先基本上依據(jù)風(fēng)電穿透功率極限與風(fēng)電場(chǎng)短路容量比這兩個(gè)指標(biāo)來判斷風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的大小。在風(fēng)電穿透功率極限這個(gè)概念中，需要注意風(fēng)電穿透功率與風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量和系統(tǒng)總負(fù)荷有關(guān)，兩者之

7、間的比例就能確定風(fēng)電穿透功率的大小，而風(fēng)電穿透功率極限，就是風(fēng)電穿透功率的最大值，反映出最大的風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量。在具體的分析過程中，該區(qū)域常年的風(fēng)源，在風(fēng)輪高度上的年平均風(fēng)速應(yīng)不小于6/每秒，就可以建設(shè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)施。2.2增強(qiáng)電能質(zhì)量為了有效提高風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)后的電網(wǎng)供電質(zhì)量，需要采取有效地措施改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。并網(wǎng)過后的連接點(diǎn)短路比和電網(wǎng)線路是影響風(fēng)電系統(tǒng)電壓和閃變的重要因素，其中公共連接點(diǎn)短路比與風(fēng)電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)以及閃變成反比，短路比越大，電壓的波動(dòng)和閃變就會(huì)越小。同時(shí)，安裝合適的電網(wǎng)線路也可以有效降低電壓波動(dòng)和閃變。當(dāng)然也可以使用電子裝置，降低風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)過程對(duì)電網(wǎng)造成的影響。2.3提高電網(wǎng)的穩(wěn)

8、定性對(duì)于提升整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，首先需要通過計(jì)算風(fēng)速和負(fù)荷變化對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出有功功率和無功功率影響，然后安裝分組投切電容器，但是這種電容器不能對(duì)連續(xù)波動(dòng)的電壓進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，還需要安裝靜止無功補(bǔ)償器，這種設(shè)備可以有效調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償功率的大小，并且針對(duì)連續(xù)性的電壓波動(dòng)，提供相應(yīng)的電壓支持，提升整個(gè)系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性。其次，還需要安裝超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置（smes），這種裝置能量密度高，而且可以快速吞吐有功功率。利用gto的雙橋結(jié)構(gòu)換流裝置，smes可以在四象限靈活地調(diào)節(jié)有功和無功功率，為系統(tǒng)功率不足的地方提供補(bǔ)償。這樣就可以降低輸出功率的波動(dòng)，使得電壓得到穩(wěn)定，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。2.4保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)目前對(duì)于保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，首先在安裝方面都是從終端變電站安裝和整定。其次在具體的過程中，主要是通過孤島保護(hù)、低壓保護(hù)等措施來對(duì)于發(fā)生故障的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行逐一排除，斷開與電網(wǎng)的聯(lián)系，等恢復(fù)正常以后，繼續(xù)連接使用。最后，就是由于風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模越來越大，可能這種裝置的功效的穩(wěn)定性就會(huì)受到較大的影響，不一定能及時(shí)發(fā)揮作用。三、結(jié)束語風(fēng)力發(fā)電作為一種綠色能源有著改善能源結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟(jì)環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)。也是未來能源電力發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。但風(fēng)力發(fā)電技術(shù)要具備與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。還需進(jìn)一步改善其并網(wǎng)性能