風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行安全管理工作的創(chuàng)新應(yīng)用

刁瑞軒

摘 要：近年來，國(guó)家高度重視生態(tài)文明建設(shè)，各行各業(yè)越來越注重環(huán)境的保護(hù)和資源的節(jié)約，為此，越來越多的企業(yè)開始使用風(fēng)能發(fā)電方式，取代原有的化石燃料發(fā)電方式。并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)越來越多，一方面，滿足了各行各業(yè)日益增長(zhǎng)的風(fēng)電能源需求，然而，另一方面，也帶來了一系列安全管理問題，需要行業(yè)內(nèi)人員高度重視、迫切解決。本文分析了大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行后給電網(wǎng)的造成的安全影響，并給出風(fēng)電場(chǎng)在安全管理方面的創(chuàng)新建議，以期為行業(yè)內(nèi)人員提供參考，做到風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng);并網(wǎng)運(yùn)行;安全管理;創(chuàng)新應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）06-0140-02

0 引言

受風(fēng)力資源分布情況的限制，風(fēng)電場(chǎng)一般建設(shè)于結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定的電網(wǎng)末梢，加上風(fēng)力資源本身的不確定性，導(dǎo)致使用風(fēng)力資源發(fā)電時(shí)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些問題，諸如風(fēng)力發(fā)電不連續(xù)、不穩(wěn)定。對(duì)于電網(wǎng)而言，需要滿足用戶對(duì)于穩(wěn)定用電的需求，確保將安全性高、連續(xù)性好以及可靠性高的電傳輸?shù)接脩羰掷?，然而，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行加大了電網(wǎng)穩(wěn)定送電的難度。可見，需要盡可能減少風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)送電的負(fù)面影響，比如影響電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性以及電能質(zhì)量等。本文主要從風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的影響，展開討論，以期為行業(yè)內(nèi)人員提供參考，做到風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

1 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的大小，可以分為小型風(fēng)電場(chǎng)和大型風(fēng)電場(chǎng)。小型風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響相對(duì)較小，一般來說，小型風(fēng)電場(chǎng)只影響電網(wǎng)的局部電壓穩(wěn)定性;而大型風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響則不限于此，除了影響電網(wǎng)的局部電壓穩(wěn)定性，還影響電能質(zhì)量、頻率穩(wěn)定性以及發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性等方面?？梢?，大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全管理工作更需引起重視。風(fēng)能自身具有較為獨(dú)特的特點(diǎn)，導(dǎo)致利用風(fēng)力資源發(fā)電本身就有一定的難度。特點(diǎn)如下[1]：

（1）風(fēng)能的能量密度小，這就要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪尺寸需要達(dá)到一定的規(guī)格，給實(shí)際工作帶來了很多麻煩;（2）風(fēng)能的穩(wěn)定性差，受天氣條件、氣候條件的影響較大，具體來說，風(fēng)能具有不確定性和間歇性，因風(fēng)力情況以及風(fēng)速、風(fēng)向的不同，風(fēng)能發(fā)電情況也隨之變化，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)常無法正常工作。為了得到較為穩(wěn)定的風(fēng)能，相關(guān)工作人員常常在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上安裝一些部件，用于調(diào)整獲取到的風(fēng)的速度、方向，并同時(shí)裝有剎車裝備，控制是否繼續(xù)獲取風(fēng)能資源;（3）風(fēng)能無法有效儲(chǔ)存，這就要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)自需要持續(xù)工作，才有可能獲得盡量多的風(fēng)力資源;（4）風(fēng)電場(chǎng)對(duì)場(chǎng)地面積的要求較大，在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到經(jīng)濟(jì)原因，風(fēng)電場(chǎng)一般分布于風(fēng)能資源較為豐富，且較為偏遠(yuǎn)的郊區(qū)，一方面，滿足風(fēng)能資源的可得性、豐富性;另一方面，盡可能地降低風(fēng)力發(fā)電成本，保證風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？梢姡L(fēng)能資源自身存在諸多不確定性、不穩(wěn)定性，若將風(fēng)電系統(tǒng)提供的電能直接傳到電網(wǎng)中，將導(dǎo)致電網(wǎng)的不確定性、不穩(wěn)定性，無法滿足用戶對(duì)于穩(wěn)定用電的需求，難以確保將安全性高、連續(xù)性好以及可靠性高的電傳輸?shù)接脩羰掷?，反而，可能?huì)給電網(wǎng)運(yùn)行帶去安全隱患。

2 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全管理問題

2.1 影響電網(wǎng)正常調(diào)節(jié)控制

風(fēng)能資源自身存在諸多不確定性、不穩(wěn)定性，若將風(fēng)電系統(tǒng)提供的電能直接傳到電網(wǎng)中，將導(dǎo)致電網(wǎng)的不確定性、不穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)為[2]：

（1）不同時(shí)段的輸出功率與電網(wǎng)情況不一致，比如，輸出功率相對(duì)較高的夜里，電網(wǎng)處于低峰期;而輸出功率相對(duì)較低的白天，尤其是午后，電網(wǎng)處于高峰期，這種不匹配的現(xiàn)象給電網(wǎng)帶來了不利影響，另外，最高的輸出功率和最低的輸出功率之間相差太多，進(jìn)一步加劇了電網(wǎng)的不穩(wěn)定性。（2）這種不穩(wěn)定、高低值相差太多的輸出功率，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)節(jié)能力很低，甚至幾乎沒有，種種不利因素，都加大了電網(wǎng)調(diào)節(jié)、控制的難度。而電網(wǎng)自身的調(diào)節(jié)、控制能力是有一定限度的，比如，在華東沿海地區(qū)，電網(wǎng)規(guī)模普遍較大，調(diào)節(jié)能力、控制能力也相對(duì)較強(qiáng)，但仍存在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行帶來的安全管理問題。電力調(diào)度的任務(wù)往往分區(qū)管理，不同地區(qū)的電網(wǎng)情況各有不同，有些城市對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的需求較小，其他發(fā)電資源豐富，相應(yīng)地，電網(wǎng)壓力較小;而有些城市非常依賴風(fēng)力發(fā)電，相應(yīng)地，電網(wǎng)壓力就很大;個(gè)別城市還需要接受來自其他地區(qū)的外來電，而外來電普遍存在調(diào)節(jié)、控制能力很差的弊端，這進(jìn)一步加大了電網(wǎng)控制的難度。（3）隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，不同時(shí)段的輸出功率與電網(wǎng)情況不一致現(xiàn)象將日益嚴(yán)重，夜里的輸出功率將更高，電網(wǎng)處于更為明顯的低峰期;而白天尤其是午后的輸出功率將更高，電網(wǎng)將處于更為明顯的高峰期。

2.2 影響電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性

由于風(fēng)能資源本身存在一些不穩(wěn)定性，比如，受天氣條件、氣候條件的影響較大，具體來說，風(fēng)能具有不確定性和間歇性，因風(fēng)力情況以及風(fēng)速、風(fēng)向的不同，風(fēng)能發(fā)電情況也隨之變化，相應(yīng)地，這導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率也不夠穩(wěn)定，風(fēng)電機(jī)組不得不經(jīng)常在啟動(dòng)與停止之間切換，產(chǎn)生的電壓也就隨之波動(dòng)，大大影響了電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和傳出電能的質(zhì)量。此外，我國(guó)各地的風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模普遍不大，尤其是土地價(jià)格很高的大城市，比如上海，風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模很小，小型風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響相對(duì)較小，一般來說，小型風(fēng)電場(chǎng)只影響電網(wǎng)的局部電壓穩(wěn)定性;隨著各行各業(yè)越來越注重環(huán)境的保護(hù)和資源的節(jié)約，為此，越來越多的企業(yè)開始使用風(fēng)能發(fā)電方式，取代原有的化石燃料發(fā)電方式，可見，大型并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)將越來越多，而大型風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響則不限于此，除了影響電網(wǎng)的局部電壓穩(wěn)定性，還影響電能質(zhì)量、頻率穩(wěn)定性以及發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性等方面。

2.3 影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性

受風(fēng)力資源分布情況的限制，風(fēng)電場(chǎng)一般建設(shè)于結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定的電網(wǎng)末梢，原有的電網(wǎng)功率單向流動(dòng)方式被改變，相應(yīng)地，潮流的流向和分布情況也隨之改變，這與原有的電網(wǎng)規(guī)劃相矛盾，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的注入功率持續(xù)加大時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)附近的電網(wǎng)就會(huì)受到影響，在一定程度上影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，加上風(fēng)力資源本身的不確定性，導(dǎo)致使用風(fēng)力資源發(fā)電時(shí)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些問題，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰，留下安全隱患。

2.4 影響電網(wǎng)電能的質(zhì)量

近年來，越來越多的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，一方面，確實(shí)滿足了各行各業(yè)日益增長(zhǎng)的風(fēng)電能源需求，然而，另一方面，也降低了電網(wǎng)電能的質(zhì)量，造成這種現(xiàn)象的原因主要是風(fēng)能資源自身的不穩(wěn)定性，以及風(fēng)電機(jī)組自身的運(yùn)行特點(diǎn)，導(dǎo)致輸出功率出現(xiàn)波動(dòng)，進(jìn)而影響電網(wǎng)電能的質(zhì)量，表現(xiàn)為電壓波動(dòng)、發(fā)生閃變或諧波情況，以及出現(xiàn)電壓偏差等[3]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行，使其在啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，當(dāng)風(fēng)速過大，或者風(fēng)向不合適時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將自動(dòng)退出，暫停發(fā)電。若只有個(gè)別風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)這種情況，那么，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響不是非常明顯;然而，若大量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)這種情況，那么，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響將非常明顯，嚴(yán)重影響了平穩(wěn)供電以及供電的電能質(zhì)量。事實(shí)上，及時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠保持正常運(yùn)作，也可能影響電網(wǎng)電能的質(zhì)量，表現(xiàn)為電壓波動(dòng)、發(fā)生閃變或諧波情況，以及出現(xiàn)電壓偏差等，這是風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行安全管理工作急需解決的問題。

3 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全管理創(chuàng)新措施

3.1 制定崗位責(zé)任制和故障處理機(jī)制

制定崗位責(zé)任制和故障處理機(jī)制是提高風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行安全管理效率的重要舉措，以保障工作人員的生命安全，延長(zhǎng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的使用壽命，具體而言，可以從以下幾個(gè)方面入手[4]：

（1）要求相關(guān)工作人員做好風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的檢查、維修和保護(hù)工作，制定詳細(xì)的維護(hù)方案，并認(rèn)真記錄每一次檢修過程，尤其是變壓器、互感器等重要器件，保障設(shè)備的良好運(yùn)行，避免留下安全隱患，同時(shí)，還應(yīng)該注意對(duì)變壓器和斷路器的檢修，主要指檢查它們的保護(hù)設(shè)施是否到位。（2）需要事先制定電氣設(shè)備故障的應(yīng)對(duì)方案，確保故障發(fā)生后，能夠?qū)ζ涞谝粫r(shí)間進(jìn)行排查和處理，避免耽誤不必要的時(shí)間，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。（3）需要風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)班子組織制定崗位責(zé)任制和故障處理機(jī)制，要求相關(guān)工作人員（如設(shè)備檢修人員和設(shè)備操作人員）增強(qiáng)檢修意識(shí)和安全意識(shí)，認(rèn)真學(xué)習(xí)專業(yè)技能，增強(qiáng)處理電氣設(shè)備故障和應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力，從根本上保障工作人員的生命安全，延長(zhǎng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的使用壽命。

3.2 定期組織風(fēng)電場(chǎng)工作人員參與培訓(xùn)

為了幫助風(fēng)電場(chǎng)工作人員增強(qiáng)檢修意識(shí)和安全意識(shí)，認(rèn)真學(xué)習(xí)專業(yè)技能，增強(qiáng)處理電氣設(shè)備故障和應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力，需要定期組織培訓(xùn)會(huì)，尤其是重視風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行安全管理工作相關(guān)的培訓(xùn)，保障安全管理人員能夠熟知相關(guān)知識(shí)，增強(qiáng)實(shí)踐技能，保障風(fēng)電場(chǎng)電氣設(shè)備的正常運(yùn)作。提前了解工作人員的身體狀況，對(duì)于不適合在高空作業(yè)的人員，應(yīng)當(dāng)給其安排地面上的工作，保障工作人員的生命安全[5]。

3.3 提高風(fēng)電場(chǎng)管理人員的綜合素質(zhì)

目前，我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)管理人員的綜合素質(zhì)普遍不高，專業(yè)技術(shù)水平參差不齊。造成這種現(xiàn)象的原因是，我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的管理人員多從技術(shù)院校畢業(yè)，或者是復(fù)原的軍人，文化程度普遍不高，他們本身并沒有接受過風(fēng)電場(chǎng)安全管理方面的系統(tǒng)培訓(xùn)，也就意識(shí)不到對(duì)風(fēng)電場(chǎng)工作人員開展安全培訓(xùn)會(huì)的重要性，風(fēng)電場(chǎng)的管理人員自己都不了解風(fēng)電場(chǎng)安全管理知識(shí)，更是組織不好工作人員的培訓(xùn)工作，給風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全管理工作帶來了一些安全隱患。值得欣慰的是，隨著我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的快速發(fā)展，在技術(shù)上和安全工作上，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)單位提出了更高的要求，意味著未來風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)單位將走向更為專業(yè)化的管理方向，風(fēng)電場(chǎng)管理人員和風(fēng)電場(chǎng)工作人員的綜合素質(zhì)、安全意識(shí)、專業(yè)知識(shí)以及實(shí)踐技能，也將得到進(jìn)一步的提高和增強(qiáng)，未來風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全管理工作也將越來越規(guī)范。

4 結(jié)語

本文介紹了風(fēng)能資源自身的不穩(wěn)定性，分析了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全管理問題，諸如影響電網(wǎng)正常調(diào)節(jié)控制、影響電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性、影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及影響電網(wǎng)電能的質(zhì)量等，討論了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的安全管理創(chuàng)新措施，如制定崗位責(zé)任制和故障處理機(jī)制，定期組織風(fēng)電場(chǎng)工作人員參與培訓(xùn)和提高風(fēng)電場(chǎng)管理人員的綜合素質(zhì)等，認(rèn)真學(xué)習(xí)專業(yè)技能，增強(qiáng)處理電氣設(shè)備故障和應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力，從根本上保障工作人員的生命安全，延長(zhǎng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉峻岐.馬頭灘風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2016.

[2] 張琦.風(fēng)電并網(wǎng)條件下供電系統(tǒng)安全管理探究[J].科學(xué)中國(guó)人，2017（24）：128.

[3] 柳鑫.雙饋型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的故障特性分析及保護(hù)策略研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2016.

[4] 李永清.風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行電壓穩(wěn)定控制方法研究[J].電子世界，2017（24）：145.

[5] 錢琪琪.應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)估研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2016.