浅谈风力发电并网对电网系统的影响

发表时间:2016/6/14   来源:《电气试验》2016年6期   作者:徐伟 袁宏
[导读] 本篇文章将从风力发电对电力系统产生的相关影响入手,对风电网并入电网产生的相关技术问题进行阐述,同时提出了相关的解决途径。

徐伟 袁宏
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摘要:风力发电是一种绿色能源,能够有效改善我国的能源结构,同时有助于我国环保经济的发展,风电将成为未来电力发展的一个重要趋势,然而在风力发电过程中还有着众多需要解决的问题。本篇文章将从风力发电对电力系统产生的相关影响入手,对风电网并入电网产生的相关技术问题进行阐述,同时提出了相关的解决途径。
关键词:风力发电,电能质量,稳定性,解决方案
        随着社会和经济的快速发展,环境问题,资源问题成为人们不得不面对的问题。风力发电能够有效满足环保以及节能的客观要求,因而得到了广泛的推广与使用。与其他相应可再生能源发电形式之中,风电有着相应的技术优势和成本优势,是一种最具有规模化商业开发前景的新能源发电模式。然而在风能发电产业的发展过程中,也暴露出大量的问题,特别是“并网难”问题,已经严重制约着新能源的大力推广。
1 我国风力发电及并网发展情况
        至今,我国并网风电建设已经有20多年的历史。风力电网的建设在的发展初期较为缓慢,项目规模也较小,相应的装机容量也较小,一些主要的生产设备都需要进口,建设成本较高,市场竞争力也较弱。近年来,随着我国风电技术的进步,同时加之有国家相关产业政策的扶持,风电在我国得到了快速发展。然而,与此同时,我国的大多数风电基地都么有建设完备的并网输出工程,面临着“车多路少”的尴尬。近些年来,我国风电装机容量高速增长,同时风电并网容量也保持者较快的增长速度,然而相应的建设速度已经远远超出了风力电网进行规划和建设的速度,致使国内并网容量远远落后于风电装机容量。
2 风力发电及其并网运行具有的相关特点
2.1 风力发电的运行原理
        总结起来,风力发电其实是一个能量转换的过程。具体能量转换过程为:风能→机械能→电能。当风速小于Vcut-in时,则产生的功率为零;当风速大于Vcut-in时,功率随着风速增大而增加;而当风速达到Vr时,功率达到最大,而且在一定范围内保持恒定状态。而当风速大于Vcut-out时,风机将处于停机状态。
2.2 风力发电并网运行过程中的相关特点
        (1)输入风能的变化随机性;风力发电主要的原动力为自然风,而自然风具有不可控性,,因此产生电能也具有不可控性,同时风能也难以进行储存。因此,风电机组相应的功率规律性较差,具有不可预测性。
        (2)风电场一般与电力主系统以及负荷中心之间有着一段较远的距离,因此一般风电场首先应选择与薄弱地方的电力系统进行连接。
        (3)风电场具有的特点为:单机容量小、数量多。风能具有能量密度较低的特点,因此为了获得相同的发电容量,相应的风力机尺寸要远远大于水轮机的尺寸,这在一定程度上限制了风电机组的单机容量。
        (4)含异步发电机在运行过程中向电网输送有功功率、吸无功功率;而异步发电机在固定转速风电机组,吸收无功功率,在整个过程中无功功率很难进行有效控制;而对于直驱风电机组和双馈异步电机组的运行过程中,可以对永磁同步机进行有效控制。国内风电机组控制过程一般依照相应的恒功率因数。
3 风电并网对电网运行产生的影响作用
        我国风电站存在的主要问题有:风电站具有较大的规模大但是电网的容量较小;相应的电网建设水平较低。对于一些风能资源较为丰富的地区,电网建设水平反而相对滞后。近些年来,我国风电装机速度有了较快的提升,电网运行过程中由于风电的不稳定性而造成了重大的损失,增加了电网综合运行的成本,影响到电网运行于电力供应过程的经济性。



3.1 对电力电量平衡产生的影响作用
        风电并网电机组无法满足稳定性、连续性以及可调性等相关要求,同时相应的输出功率也是出于不断近些变化的状态,会对电网产生重大的冲击作用。风电具有不可预知性的特点,调度运行人员难以制定有效合理的发电计划,这就会在一定程度上增加系统备用电源的运行成本,进而影响到系统的安全性和稳定性。
3.2 对电网潮流的影响
        风力发电并网会对电网的潮流分布依旧事故产生直接的影响作用;同时会对电力系统的频率稳定性、暂态稳定性、电压稳定性以及动态稳定性产生影响作用。风功率状态会在一定程度上影响到风电厂的有功出力,而风速的大小规律性较差,电网难以对风电功率进行预测,同时采取相应的预控措施。风机大量脱网可能受到多种因素的影响,进而产生较大波动和转移。其中,风速会对风机运行产生重要的影响作用,当风速小于3m/s时,风机不会并入电网,当风速大于25m/s时,并网的风机会自动脱网,同时较多风机则会受到区域气象的影响作用集体脱网。
3.3 对电网稳定性产生影响作用
        对于电压稳定性方面。并网风电场电网,会在风电场在高出力运行状态时,受端负荷的系统则转变为相应的送端系统,这时候依然存在着较为严重的电压稳定性问题。归其原因,是受到风电场的无功率特征的影响作用。在常规电力系统中,负荷增加可能导致系统的扰动;而风电场系统中,风速的变化也会导致电力系统的扰动,进而使电网发生较大的扰动故障。
        频率稳定性。当电力系统受到扰动作用时,电压会显著降低,同时有可能使一些不具备低电压穿越能力的风电机组发生故障而跳机。随着风电规模的不断增大,很容易出现功率缺额的问题。同时,一些具有低电压穿越能力的风电机组在运行过程中也会发生功率降低现象,这种状况会进而对系统的频率产生影响作用,致使电网系统的故障范围扩大,甚至会造成一系列的连锁反应。
3.4 影响到电能的质量
        风能的电力质量会受到风速以及风量的影响作用。当风电机组并入电网之后,对对电网供电带来潜在的质量风险。一方面,风力电力并网之后,电压波动以及闪变状况会相应增加。同时在风力发电机组中软并网方式应用较为广泛,这种并网方式会在电网启动过程中产生较大的冲击电流。当风速超过切出风速时,风机会自动退出运行。在发电过程中,全部风机动作处于一致状态,这时候冲击作用会对配电网产生较为明显的影响作用。
        风电并网会产生一定程度的谐波污染。总结起来,风力发电系统会通过两个途径产生谐波。一为通过风力发电机配备的电力电子装置。固定转速风电机组会与电网进行直接连接,在电网软启动阶段会通过电力电子装置,这样就会在连接过程中产生相应的谐波,这个过程时间很短,次数较少,影响作用较小。但是当变速风电机组与电力系统连接通过整流和逆变装置时候,则会产生较为严重的谐波现象。针对上述的问题,应及时对电力电子器件进行改进才能有效解决相关的问题。
4 结束语
        新的发展时期,人们对于能源和环保的要求极大程度上促进了可再生能源的发展。目前风力发电技术已经发展较为成熟,同时得到了广泛的推广。但随着风电场数量的逐渐增多,一些系统稳定问题开始涌现出来,严重影响着局部电网的电压水平,严重制约着风力电厂的发展。应进一步改善风力发电的并网性能,有效降低风电并网对电力系统产生的负面影响作用。
参考文献
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