風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響探析

張亞峰

魯能新能源（集團(tuán)）有限公司河北分公司 河北張家口 076650

在社會主義現(xiàn)代化建設(shè)快速推進(jìn)的當(dāng)今時代下，社會生產(chǎn)對電力的需求逐漸增加，傳統(tǒng)的電能生產(chǎn)方式顯然已經(jīng)不能滿足節(jié)能環(huán)保工作的需求，各種新型綠色能源發(fā)展起來，受到社會各界的廣泛關(guān)注。風(fēng)能具有清潔、可再生的特點，生產(chǎn)電能的過程也較為安全，有效利用風(fēng)能發(fā)電有助于社會經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益的提高，對可持續(xù)發(fā)展工作的穩(wěn)步提升具有非常重要的意義。

1 風(fēng)電新能源的基本特點概述

風(fēng)電作為一種新能源，其工作方式是利用相關(guān)的設(shè)備將風(fēng)產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)為成為電能，而風(fēng)能是一種清潔的、可再生的能源，風(fēng)電近些年來在世界范圍內(nèi)受到各個國家的重視，我國也正在大力開展風(fēng)電建設(shè)。從世界范圍來看，經(jīng)過相關(guān)的計算表明，世界當(dāng)前可利用的風(fēng)能資源儲量比水力資源高出10倍左右。我國的風(fēng)能資源也非常豐富，可以供開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量超過10億kW，我國目前風(fēng)電裝機超過2億kW。風(fēng)能是一種具有代表性的無公害、可再生的清潔能源，風(fēng)電在一些水資源匱乏的地區(qū)發(fā)揮著重要的作用，例如我國的沿海城市、草原牧區(qū)、山地高原等地區(qū)，都非常適合使用風(fēng)力發(fā)電的方式提供電力能源。我國對風(fēng)電建設(shè)也給予了高度的關(guān)注，國家通過財政補貼的方式大力支持全國各地開展風(fēng)電建設(shè)，取得了很好的效果，目前我國多個地區(qū)已經(jīng)興建了許多大型的風(fēng)電場，對我國的電力能源輸送起到了至關(guān)重要的作用。

2 風(fēng)電場運行的特點

風(fēng)力發(fā)電以風(fēng)能為基礎(chǔ)，可以對自然界的能源進(jìn)行合理利用，并且還能夠減少電能生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染。風(fēng)電場通常建設(shè)在遠(yuǎn)離人群居住地的位置，環(huán)保價值非常高。但是受到某些因素的影響，風(fēng)電場的并網(wǎng)運行生產(chǎn)的電能和社會對電能的需求仍然有一定的距離，需要后期的風(fēng)電場工作中進(jìn)行調(diào)整[1]。

3 風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量所造成的具體影響

3.1 電網(wǎng)受風(fēng)電的影響較大

風(fēng)的速度是多變與不可控的，其增加了風(fēng)電場處理的不確定性。同時，當(dāng)前的風(fēng)能發(fā)電技術(shù)水平偏低，產(chǎn)生的風(fēng)電量相對較低，進(jìn)一步增大了電網(wǎng)平衡調(diào)度有用功和無用功的難度。首先，從風(fēng)電對電能質(zhì)量的影響入手分析，傳統(tǒng)風(fēng)電單機的容量小，其通常使用并網(wǎng)便利與結(jié)構(gòu)簡單的異步發(fā)電機直接連接配電網(wǎng)。由于風(fēng)電發(fā)電場分布在偏遠(yuǎn)地區(qū)，網(wǎng)絡(luò)消耗大、電壓相對較低，受沖擊的接收性能相對較弱；因此，風(fēng)電新能源給配電網(wǎng)造成的諧波污染與電壓閃變的風(fēng)險系數(shù)較大。其次，從風(fēng)電對電網(wǎng)調(diào)度與規(guī)劃的影響入手分析，風(fēng)能相對于傳統(tǒng)電源，具有明顯的不可預(yù)測與不可控性。并網(wǎng)后的風(fēng)電場，電網(wǎng)可通過調(diào)峰容量與備用容量的差值進(jìn)行風(fēng)電調(diào)峰，但風(fēng)電的調(diào)峰量有明顯的局限性，因此會直接影響風(fēng)電的實際運用率。尤其是電網(wǎng)無法平衡風(fēng)電場的功率波動時，風(fēng)力發(fā)電注入電網(wǎng)的功率會受到阻礙。因此，在安排發(fā)電計劃前，需對系統(tǒng)的調(diào)峰與調(diào)頻問題進(jìn)行合理的規(guī)劃。唯有提高電網(wǎng)的容量，才有利于推動電網(wǎng)建設(shè)與電場建設(shè)的協(xié)同發(fā)展。為實現(xiàn)資源優(yōu)化與高效利用，遠(yuǎn)距離電能輸送是重要前提，可間接帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時推動電網(wǎng)現(xiàn)代化發(fā)展[2]。

3.2 影響電網(wǎng)頻率與電壓波動、閃變

通過對目前我國大部分風(fēng)電場在運行過程中的狀態(tài)進(jìn)行分析，得出一個較為明顯的特征，就是電能的輸出功率不夠穩(wěn)定。進(jìn)而導(dǎo)致各風(fēng)電發(fā)電組在整體運行中，其電能的功率出現(xiàn)了一定的波動，該波動幅度較大，如果在情節(jié)嚴(yán)重時，可能會產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)。比如說常見的由于電能功率出現(xiàn)波動而影響到了機動機端電壓或者是并網(wǎng)點電壓進(jìn)而導(dǎo)致兩個不同地區(qū)的電壓出現(xiàn)波動而產(chǎn)生了電網(wǎng)閃變現(xiàn)象。由于電網(wǎng)的電壓值本身是一個相對的穩(wěn)定值，但當(dāng)風(fēng)電輸出功率出現(xiàn)波動時，就會導(dǎo)致極端的電壓和并網(wǎng)的電壓同時產(chǎn)生波動，其波動的狀態(tài)較為明顯，甚至十分容易導(dǎo)致電能的輸出功率存在問題，其輸出功率的波動幅度同樣得到提升，閃電出現(xiàn)的征兆也會更為明顯。在發(fā)現(xiàn)這一問題時，維修管理人員應(yīng)了解到這是風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的最重要的內(nèi)容之一。在整個風(fēng)力發(fā)電機組運行的過程中，其受到了多個不同方面因素的影響，比如常見的有風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)等，這些都會導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性在逐步下降，在情節(jié)嚴(yán)重時還有可能會出現(xiàn)葉輪穩(wěn)定性下降等問題，風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率其大幅度波動等，而輸出功率的波動幅度也會隨著川流強度不斷提升，進(jìn)而展現(xiàn)出相對較為明顯的加大現(xiàn)象，由此能得到兩個不同的結(jié)論分別是:第一，當(dāng)前風(fēng)電場并網(wǎng)之所以會對電能電壓產(chǎn)生質(zhì)量影響，是由于大多數(shù)的風(fēng)電場都存在著一個問題，就是機短路容量小，并且會分布在電網(wǎng)尾端。第二，由于在風(fēng)電場運行的整個過程中，其外界因素是人為無法控制的，變化程度無法在短時間內(nèi)對其進(jìn)行確定，甚至出現(xiàn)了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性在逐步下降等一系列的波動，直接降低了電網(wǎng)電能在使用的質(zhì)量[3]。

3.3 風(fēng)力發(fā)電的諧波污染

風(fēng)力發(fā)電可能產(chǎn)生諧波的過程有以下兩種：第一是風(fēng)力發(fā)電機組本身的機械設(shè)備，可能會產(chǎn)生諧波。與電網(wǎng)設(shè)備并行運作的風(fēng)力發(fā)電機組，在啟動過程中要和風(fēng)力發(fā)電機組的機械設(shè)備連接在一起，所以會帶來一些諧波，這個過程較為短暫，也沒有頻繁發(fā)生，通?？梢灾苯雍雎浴５绻捎米兯俚娘L(fēng)力發(fā)電機，則會產(chǎn)生很大的影響。變速風(fēng)力發(fā)電機組需要借助逆變設(shè)備和電網(wǎng)連接起來，如果風(fēng)力發(fā)電機組的機械設(shè)備傳動頻率和發(fā)生諧波的頻率一致，將會帶來非常嚴(yán)重的諧波。在發(fā)電設(shè)備逐漸改進(jìn)的今天，這種情況已經(jīng)逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變。第二和風(fēng)力發(fā)電機組并聯(lián)的電容器可能會與電抗器共同作用產(chǎn)生諧振，在實際的工作當(dāng)中風(fēng)電場的變壓器會有很多諧波產(chǎn)生[4]。

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

4.1 應(yīng)用改善無功補償技術(shù)

目前我國大部分的風(fēng)電場工作時，所選擇的異步電機設(shè)備都是感性元件，但是感性元件在使用時存在其獨有的制約性，也就是無法在無功功率的情況下支持運營。想讓電網(wǎng)電能質(zhì)量以及電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性得到充足的保障，首先要考慮到的就是我國當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的實際狀況，比如說各地區(qū)不同的電網(wǎng)接入點、各地區(qū)的電壓數(shù)值等，可以適當(dāng)?shù)倪x擇無功功率補償量，并且考慮到電網(wǎng)電能的整體質(zhì)量以及風(fēng)電場并網(wǎng)等一系列的影響系數(shù)。在面對這些問題時需要具體的考慮到如何選擇相應(yīng)的措施對該問題進(jìn)行解決[5]。通過以下幾個不同的方式提高風(fēng)電網(wǎng)接入電廠的整體使用質(zhì)量，并且確保電廠的平穩(wěn):第一，在風(fēng)電場可以建立超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)，在建立該系統(tǒng)后，配備與其型號相當(dāng)?shù)膭討B(tài)無功補償裝置，使用該無功補償裝置可以時時刻刻地了解到在不同地區(qū)的電網(wǎng)實際狀況，能夠隨時隨地的進(jìn)行無功補償裝置的調(diào)節(jié)，同時制定最為合理的、恰當(dāng)?shù)臒o功補償量，其最終的目的是實現(xiàn)對整個電網(wǎng)電壓的有效控制，也能夠確保風(fēng)電場的出口處其電壓的穩(wěn)定性，完全滿足風(fēng)電場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，實現(xiàn)動態(tài)的波動系統(tǒng)的使用質(zhì)量[6]。

4.2 新技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電容量預(yù)測中的應(yīng)用

隨著各區(qū)域海上風(fēng)電建設(shè)進(jìn)程的加速、風(fēng)電裝機容量逐步增大，對風(fēng)電功率預(yù)測的精度提出了更高要求，因此需引入更多的改進(jìn)方法，以滿足其功率預(yù)測的精度要求[7]。首先，應(yīng)用計算機技術(shù)與遙感技術(shù)等，可進(jìn)一步提高對數(shù)字天氣預(yù)報模型的分辨率與天氣預(yù)報的準(zhǔn)確度及天氣預(yù)報的更新頻率，間接帶動風(fēng)電預(yù)測模型輸入數(shù)據(jù)等性能的優(yōu)化。其次，采取結(jié)合多個數(shù)字天氣預(yù)報模型的方式，能夠規(guī)避惡劣氣候條件的影響，實現(xiàn)對氣象信息的高效預(yù)報，從而確保預(yù)測精度。同時，可利用混沌理論與小波分析等智能方式建立預(yù)測模型，通過線性與非線性方式，進(jìn)一步強化預(yù)測方式的完善，提高預(yù)測結(jié)果精確度，切實降低預(yù)測誤差。尤其是非線性方式與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，更利于發(fā)揮各預(yù)測性能的協(xié)同作用，實現(xiàn)各模型的優(yōu)勢互補與各模型信息的優(yōu)化，進(jìn)一步強化模型的可靠性與預(yù)測精度。最后通過實時測量的氣象數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步減少風(fēng)電功率短期預(yù)測的誤差[8]。

4.3 建立多能互補的方式

雖然風(fēng)電新能源具有很多的優(yōu)勢，但是風(fēng)電新能源也有一定的缺點，例如間歇性、不穩(wěn)定性等，都會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定造成一定的影響。所以為了解決這個問題，可以采用多能互補的方式，在條件較為成熟的地區(qū)可以采用風(fēng)能、火能、電能等多種能源互補的方式，利用每一種發(fā)電方式的不同優(yōu)點，互相補充，能夠在很大程度上提高電網(wǎng)消納風(fēng)電、火電、水電的能力，從而提高發(fā)電廠的綜合經(jīng)濟(jì)效益，使電網(wǎng)的整體運行穩(wěn)定性和安全性進(jìn)一步的提高[9]。

4.4 做好風(fēng)電場發(fā)電預(yù)測工作

從當(dāng)前對所有的風(fēng)電場在運行時的狀態(tài)進(jìn)行分析時，能發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場運行的質(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)電廠自身輸出電能的能力以及輸出電能的功率、電網(wǎng)在運行時的質(zhì)量。為此，在整個風(fēng)電場進(jìn)行經(jīng)營管理的過程中，一定要考慮到采取多項管理措施與預(yù)測技術(shù)進(jìn)行工作與學(xué)習(xí)，在風(fēng)電場運行的過程中。要求其具有周期性，能夠?qū)罄m(xù)一段時間內(nèi)的風(fēng)能大小進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測，才能夠確保在后期開展風(fēng)力發(fā)電機組調(diào)度工作時，其預(yù)測的質(zhì)量得到提升，也能夠根據(jù)問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而導(dǎo)致的風(fēng)電場發(fā)電預(yù)測工作質(zhì)量在逐步下降的目的[10]。

5 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前分析風(fēng)電場并網(wǎng)對于電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的過程中，一定要考慮到之所以選擇利用風(fēng)力發(fā)電，是由于風(fēng)力發(fā)電所帶來的能源，是環(huán)保的、無污染的自然能源。要求工作人員認(rèn)知在風(fēng)電場發(fā)電設(shè)備管理的過程中如何提高管理的整體效果，并且對其內(nèi)容進(jìn)行有效的優(yōu)化和調(diào)整，最大限度地確保風(fēng)電場的容納能力能夠得到提升，在風(fēng)電場并網(wǎng)運行的過程中也會出現(xiàn)一系列負(fù)面影響，需要對其內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并且根據(jù)現(xiàn)階段的技術(shù)提出相應(yīng)的改變方式。