風電新能源發展和并網技術探討

秦雪輝

摘要：現代社會人們的環保意識越來越強，且人們越來越重視清潔能源的開發、利用。而風力發電作為一種十分環保、節能的發電方式，其可以為現代人們的日常生產、生活帶來良好的社會效益、環境效益?？茖W利用風力發電對于我國經濟社會可持續發展有重要意義，下面本文就風電新能源發展和并網技術進行了分析探討。

關鍵詞：風電新能源；發展；并網技術

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

引言

風電能源的最明顯缺點是不穩定，當風電場容量小時的情況下，風力發電的特點不會對整個電力系統造成明顯的不良影響，但是隨著風電場容量的增大，其對電力系統會產生明顯的不良影響。但不可否認的是風電新能源的確為現代人們的日常生活帶來了良好的經濟效益、環保效益，只要不斷發現、解決遇到的問題，相信風電并網技術在未來將得到更廣泛的應用。

一、風電新能源的特點

1、風能能量密度較小，導致為了獲得同等發電容量，風力發電機的風輪尺寸要大出水輪機幾十倍。且風輪機的效率很低，從理論上看其最大效率為59.2%，但是實際應用中水平軸風輪機最大效率一般為（20-50）%左右，垂直軸風輪機最大效率約為（30-40）%。

2、風能穩定性差。由于風能是一種過程性能源，風向、風速常常變化莫測，具有間歇性、隨機性的特點，且風力發電機不易調控出力，故通過風電機組發出的電能有一定的波動性。

3、風電場分布在偏遠地帶。當前我國風資源豐富的地區通常離負荷中心遠，電網網架結構薄弱，以至于當地電網的輸電功能不利于風電輸送。在未來開發風電的情況下，必須建設與之相匹配的風電輸送工程，進一步強化電網建設。

4、風能不便于大量儲存，蓄電成本要高出發電成本一大截，整個電網系統基本不具備蓄電能力，通常是以輸出電量為前提條件調節收納電量。并且電網具有不可調度性，因為風能的不可控特點，以至于不能依照負荷大小合理調節風力風電，這對電網調度帶來一定的壓力，很多風電機組無人值守。

二、電網受風電發展的影響

1、影響電能質量

以前風電單機容量很小，并且絕大部分都是采用并網方便以及結構簡單的異步發電機用以和配電網直接相連。但由于風電場常常位于供電網絡末端，其配電網電壓低、結構松散、承受沖擊能力差，電壓低。所以，風電極有可能造成配電網出現諧波污染和電壓閃變的情況。

2、系統穩定性不好

在三相短路故障、線路開斷、風速擾動、發電機開斷的狀況下，系統頻率與電壓極易產生大幅度波動。

2.1 電壓穩定性

當電力系統里面有大量風電場被接入之時，導致電壓出現不穩定狀況最主要的原因就在于風電場需要無功功率。目前，絕大部分風力發電會采用異步發電機，同時由外部系統為之提供無功功率支撐。而在風電場容量比較大，而無功功率呈現控制力不足的狀況之時，容易對電壓穩定性產生影響。

一方面，風電場的有功功率使負荷極限功率增大，從而使靜態電壓的穩定性得到加強；二來，無功功率需求又會導致負荷極限功率下降，進而使靜態電壓穩定性能降低。由于大部分風電場都會采用異步發電機，因此當在電網里面注入功率時，變速恒頻風電系統會由電網內部來對無功功率進行吸收，所以風電場便極有可能引發電壓崩潰或電壓穩定性下降。然而，如果提供的系統無功功率非常多，那么也可將之視為風電場并網可以讓系統靜態電壓穩定性增強。也就是說，風電并網會對電網靜態電壓形成雙重影響，這與風力發電機的運行點還有著密切的關系。

2.2 頻率的穩定性

事實上，系統頻率受風電場的影響最主要由系統容量里面風電場所占比例來決定。在系統風電容量占據較大比例之時，其輸出功率的波動性會對電網頻率產生一定的影響，對電網電能的質量形成一定影響。如此一來，便需電網中其他機組頻率具備很強的響應能力，能展開相應的跟蹤調節，從而對頻率的波動形成抑制作用。由于風電不穩定，在風電失去出力之后，便會造成電網頻率減小，尤其是當風電占據較大比重之時，會對系統頻率的穩定性產生影響。要想使此影響消除最主要的方法便是選取優化調度運行形勢和提升系統備用容量。因為大型電網其調節能力與備用容量非常充足，無需考慮風電進入影響頻率穩定性。但對小型電網來說，便不能不考慮風電對穩定性以及頻率偏移所造成的影響。

3、影響電網調度及其規劃

由于風能存在不可控的性質，因而不能對其進行可靠的預測。在風電場并網之后，可用調峰容量將備用容量減去，剩下的容量便可用來進行風電調峰，但要是用于風電調峰容量很有限，便會對風電場的實際運行起到限制作用，在電網不能將風電場功率波動予以完全平衡之時，一定要對風力發電的注入電網功率進行限制。所以，在對發電計劃進行安排實施，一定要對系統的調頻與調峰進行分析，此時系統的旋轉備用除了需要與調頻、調峰彼此相符以外，還需和風電機組出力波動對負荷平衡構成影響相符。

風電場建設不但與發電機組類型、裝機容量、布置有關，還與電網規劃以及風電傳輸等問題相關。在將風電場引入之后，由于風電存在隨機性和不確定性，不但會使運行成本和電網投資產生改變，同時還會造成供需平衡關系產生改變。風電利用的小時數較為低，通常情況下，一個好機組可達到大約每年二千五百小時，因此相比于火電電網的投資效益，效益更好的是風電投資。因為風電具備間隙性的特點，從而形成超出范圍的危害，還有就是風電最優裝機比例問題等。所以，一定要對接入電網之后的風電場進行規劃，也就是風電場建設必須和電網建設同步發展，從而展開大電網的配套建設。

三、風電并網性能的改善對策

1、確定最大承受注入功率與潮流量

針對風力發電分布、風速的隨機性特點，為了促使風能可以在人們的掌控之下，需要在設計風電場的過程中確定一個風電最大的承受注入功率，進一步提升風力發電的可靠性，提高發電效率。同時針對風力發電時潮流量導致的各種問題，必須擁有一個確定數值，繼而需要在設計方案的過程中落實這一情況，在落實過程中對于不同地區、環境及因素需要采取合適的超流量。

2、優化保護裝置

針對風電機組設備在運行過程中出現的各種問題，損耗了風力發電效率，可以對風電機組的相關設備采取必要的保護措施。即優化原來的保護裝置，同時改進技術，進一步提高發電量?？梢圆捎脛討B無功補償，以改善系統暫態特點，提高風電場的安全容量，但注意動態無功補償裝置的容量設計是以電網結構、SVC調節特點及風電場容量確定的。強化電網結構，提高負荷功率因數也會提升系統的暫態穩定性及風場安全容量。此外，低電壓自動切除風電機組，可有效調控系統發生故障后維護電網穩定，但此時要注意電網的調控能力，如果有必要也可采用直流接入電網方式。

3、設計控制裝置，確保電壓與系統的穩定性

風電組對風力發電的質量起著關鍵性作用，故需要設計出更科學的電子控制裝置，以解決風力發電特點的缺陷。同時，針對風電場規模擴大、異步發電機導致的電壓崩潰問題，需要在風力發電設備裝置中采取相應的穩定措施，確保風力發電可以順利實施。電壓與電力系統的穩定性得到提高，相應地風力發電的有效性也會隨之提高。

結束語

文章就電力系統受大規模風電并網影響的因素進行了討論與總結，通過對這些因素加以了解能確保大型風電并網的安全運行。對風電場并網技術加以研究，能幫助把風電發展中遇到的問題加以解決，從而對風電產業的發展產生一定的推動，進而滿足國家能源結構變化的需求。

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