風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響

尹瀟

摘要：風(fēng)力發(fā)電作為一種無污染、可再生的清潔能源，在國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的占比中逐年升高。但是，風(fēng)電具有無規(guī)律且功率波動(dòng)較大的性能，且受風(fēng)速的影響較大，使得并入國(guó)家電網(wǎng)后，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的功率產(chǎn)生沖擊。為緩解這一問題，對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)的影響進(jìn)行分析，并提出優(yōu)化調(diào)度控制策略和增加儲(chǔ)能裝置的措施，為今后開展風(fēng)電并網(wǎng)方面的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;電力系統(tǒng);并網(wǎng);功率;穩(wěn)定性

1. 引言

近年來，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的不斷增強(qiáng)，對(duì)清潔能源的需求逐漸升高。在能源方面加強(qiáng)了風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電和核電的比例，逐漸縮小煤炭發(fā)電的比例，雖然目前煤炭發(fā)電的總占比仍然保持著將近50%的較高水平，但是風(fēng)電等新能源的規(guī)模及增幅正在快速擴(kuò)大。為加快風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的布局，國(guó)家還實(shí)行了一系列的風(fēng)電補(bǔ)貼政策，進(jìn)一步促進(jìn)了風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)展的壯大。

風(fēng)力發(fā)電主要集中在我國(guó)的西部和北部的省份，這些地方風(fēng)能充足，人口較少，適合風(fēng)力的大規(guī)模推廣。目前，能源的存儲(chǔ)技術(shù)還不成熟，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的大量的電力不能進(jìn)行有效的存儲(chǔ)，需要通過西電東送線路傳送到東部人口密集的地區(qū)。但是，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能與我國(guó)的基礎(chǔ)電能即火力發(fā)電產(chǎn)生的電能在功率上有所不同，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能在并入國(guó)家電網(wǎng)的電力系統(tǒng)時(shí)容易出現(xiàn)震蕩，風(fēng)電會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本研究對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，以期找出有效的解決方案。

2. 風(fēng)電研究現(xiàn)狀分析

風(fēng)電作為一種新型的能源系統(tǒng)，在國(guó)家政策的扶持下，正快速發(fā)展。我國(guó)的五大發(fā)電集團(tuán)和六小電力豪門企業(yè)正加速在風(fēng)電領(lǐng)域的布局，風(fēng)電在并入整個(gè)電力系統(tǒng)瞬間會(huì)對(duì)國(guó)家的電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊，為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)的專家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究和分析，較為典型的分析如下：

馬燕峰等[1]對(duì)風(fēng)電這種新能源大規(guī)模接入國(guó)家電網(wǎng)的系統(tǒng)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，探究并評(píng)估了風(fēng)電融入整個(gè)電力系統(tǒng)時(shí)各類風(fēng)險(xiǎn)，并制定了相關(guān)的穩(wěn)定措施。高海濤[2]為了探究風(fēng)電與整個(gè)電力系統(tǒng)融合瞬間對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊，通過大數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用分析，得出了風(fēng)電并網(wǎng)瞬間的系統(tǒng)穩(wěn)定性。沈雪紅[3]為了提高風(fēng)電融入整個(gè)電力系統(tǒng)時(shí)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)其融入方式進(jìn)行控制，采用了電容補(bǔ)償技術(shù)，提高電壓的穩(wěn)定性指標(biāo)，防止風(fēng)力產(chǎn)生的電力對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊。

夏祥武等[4]對(duì)風(fēng)力發(fā)電并入國(guó)家電網(wǎng)時(shí)的調(diào)頻功能進(jìn)行研究，為實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻提供了可借鑒的控制系統(tǒng)方案。趙林果[5]通過文獻(xiàn)綜述的形式對(duì)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能大規(guī)模融入國(guó)家電網(wǎng)時(shí)國(guó)家電網(wǎng)的調(diào)度方法和方式進(jìn)行分析，為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗沖擊能力提供解決方案。吉孝明[6]對(duì)風(fēng)電的發(fā)電方式和并入國(guó)家電網(wǎng)的時(shí)機(jī)進(jìn)行分析，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。李現(xiàn)偉等[7]為了抑制風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能并入國(guó)家電力系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)振蕩和沖擊，通過智能化控制策略和方法對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。劉文杰等[8]對(duì)風(fēng)電融入電力系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)并網(wǎng)方式的控制策略進(jìn)行優(yōu)化，以減弱風(fēng)電并網(wǎng)暫態(tài)產(chǎn)生的沖擊和振蕩。

3. 并網(wǎng)后電力系統(tǒng)分析

3.1 風(fēng)電的特點(diǎn)

風(fēng)力發(fā)電具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：一是無污染，風(fēng)力發(fā)電為清潔能源，與化石能源不同，不會(huì)產(chǎn)生污染，且屬于可再生能源。二是規(guī)模化，風(fēng)電一般集中布置在風(fēng)能充足、人口較少的西部和北部地區(qū)，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。三是風(fēng)電無規(guī)律且功率波動(dòng)大，風(fēng)電有風(fēng)力帶動(dòng)葉片選擇產(chǎn)生，風(fēng)是不可控因素，使得風(fēng)電無周期性規(guī)律且波動(dòng)較大。

3.2 并網(wǎng)后系統(tǒng)功率

與火力發(fā)生產(chǎn)生的功率有很大的不同，風(fēng)力發(fā)電波動(dòng)較大，受風(fēng)速影響較大，使得對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)功率的影響和沖擊較大?；鹆Πl(fā)電產(chǎn)生的電能是整個(gè)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而且火力發(fā)電可控、穩(wěn)定，對(duì)系統(tǒng)沖擊較小。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：風(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的功率波動(dòng)顯著增強(qiáng)，且不同風(fēng)速和荷載工況下，風(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的功率波動(dòng)也各不相同。為提高風(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要將建設(shè)的規(guī)模化風(fēng)電場(chǎng)與現(xiàn)代電網(wǎng)相融合，以增強(qiáng)對(duì)風(fēng)電的控制。

4. 風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性措施

風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的影響主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是隨著風(fēng)電場(chǎng)的快速布局，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模在快速擴(kuò)大，這些不穩(wěn)定的電力進(jìn)入電力系統(tǒng)后，會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的功率產(chǎn)生沖擊。二是風(fēng)力發(fā)電大部分采用的異步電機(jī)，并網(wǎng)后受電機(jī)速度不一致或電機(jī)故障等因素的影響，風(fēng)電進(jìn)入電力系統(tǒng)后會(huì)產(chǎn)生六倍額定電流大小的沖擊電流，造成電網(wǎng)波動(dòng)。三是短路電流的出現(xiàn)，異步電機(jī)容易出現(xiàn)短路電流，造成電力系統(tǒng)功率不穩(wěn)定。

為緩解風(fēng)力發(fā)電對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的沖擊力度，從軟件和硬件兩個(gè)方面進(jìn)行改善。軟件方面改進(jìn)控制策略對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，國(guó)家電網(wǎng)設(shè)置調(diào)度部門對(duì)風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)風(fēng)電量調(diào)度火力發(fā)電的量，以火力發(fā)電作為基礎(chǔ)，補(bǔ)償風(fēng)電功率的不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的功率穩(wěn)定。硬件方面增加變頻器和整流器，保證電壓和頻率穩(wěn)定;增加儲(chǔ)能裝置，提高電力系統(tǒng)整體功率的穩(wěn)定性及補(bǔ)償能力。

5. 結(jié)論

針對(duì)風(fēng)力發(fā)電并入國(guó)家電網(wǎng)時(shí)存在的問題進(jìn)行分析，針對(duì)風(fēng)電發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的功率波動(dòng)狀況，提出改善控制策略和增加儲(chǔ)能裝置的方法，提高風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)后整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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