淺議風電能調度需要解決的問題與對策

李昊旸

（陜西省電力公司，陜西 西安710048）

0 引 言

隨著人們對新能源開發意識的提升，風能的開發與利用得到了廣泛的關注，越來越多國家與地區致力于風電能的開發與利用。我國也已經在很多的地區大規模開發風電能。然而，大規模風電機組的快速接入嚴重影響電網安全穩定和風電的接納能力。因此，在國家電網結構尚未升級到能夠承受大規模風電機組的電力傳輸前，就必須依靠合理的調度來實現風電能的安全、穩定、最低損耗的傳輸。

1 風電能的形成原理

利用風能發電的原理其實很簡單，就是利用風力帶動風車葉片轉動，而后利用增速機提高轉動速率，進而帶動發電機切割磁感線來產生電能。就目前風車技術來說，只要有3 m/s的風速就可以用來發電。小功率風電機一般都有一個恒定的葉片轉動速度，葉末的速度一般是64 m/s，離軸心 1/4 距離處的速度是16 m/s，軸心轉速為零。但是目前隨著海洋風力的開發利用，發電機的功率也大大提升，因而葉片的轉速也不恒定，葉末轉速也隨著葉片長度而成比例增加。葉片越大，風電機能產生的功率就越高。一般來說，20 m長的葉片就能產生600 kW級別的功率，60 m長的葉片就能產生5 MW級別的功率。

風力發電的效率很高，它不是只有一個發電機頭，而是一個復雜的、科技含量較高的發電系統。風電技術已經在世界范圍內得到了廣泛的應用，它不需要燃料，也沒有輻射、空氣污染等現象。像芬蘭、丹麥、荷蘭等國家都在大規模的使用風能發電，我國風電技術應用也在穩步向前，特別是西部地區得到了大力的提倡。

2 風電能調度中需要解決的問題

（1）風電調度的安全性問題

風電技術的研發與利用有效地緩解了現代的能源危機，為人們生活與國家工業化提供了綠色環保可再生的電能，風電能的利用是社會發展與科技進步的重要標志。然而風電能的安全調度問題需要格外重視，電網的事故往往會給社會帶來極大的災難與損失，因此“安全調度”是風電能調度的首要問題。在風電能廠網分開管理的形勢下，廠網主體都應該把安全放在首位，不能因為利益而忘了安全的重要性。發、供、用電的全部過程都要在安全的前提下實現穩定優質的運行。

（2）風電經濟調度問題

在我國現有的電網格局下，因為不同的電網屬于不同主人管轄，就存在了利益主體的區別，當然，這些利益主體公開平等的分享了電網的整體利益。因此，在電網調度的過程中，要充分考慮調度的整體經濟效益，實現效益最大化。這就要求主體利益各方要統一步調，如機組開停、電廠間水電火電協調、電網間電力交換、電網間負荷分配以及市場主體的經濟行為等，都要形成協作統一的整體，使得風電調度真正實現整體利益最大化。

（3）風電調度中系統調峰問題

風電能存在了很大的不確定性和不可控性。其功率波動常會與用電負荷波動趨勢相反，即在負荷高峰時段可能無風可發，而在負荷低谷時段又可能來大風而需要滿發。同時風電機組功率由風速決定，功率變化速率較快，從而還要求系統為之提供足夠快的調峰速率。風電的運行相當于產生了“削谷填峰”的反調峰效果，進一步加大了電網的等效峰谷差，惡化了系統的負荷特性，擴大了全網調峰的范圍。因此必須要在全網范圍內統一留取充足的正向、負向旋轉備用容量。

（4）風電網無功調節問題

風電在調度過程中，風電網需要吸收大量的無功功率，建立旋轉磁場。而無功功率的最主要來源就是風電網主網，這就給線路和變壓器等設備帶來了更大的耗損，影響了其無功儲備功能。因此，在風電調度過程中，提高無功儲備與補償能力，還要提高無功調節能力，從而實現電壓和無功功率的有效調節。

（5）諧波

諧波污染是風電大規模集中接入帶來的特有問題。風電機組產生的諧波可能引起設備過熱和故障，保護設備誤動，敏感負荷的干擾性跳閘，干擾通信線路等。當風電接入電網薄弱節點時，風電場集電系統的不良設計可能引發諧波諧振，諧波諧振會引起嚴重的電壓畸變。由于華東電網大規模風電可能就近集中接入，因此風電正式運行后很可能出現上述危害電網正常運行的現象。

3 風電能調度問題的解決對策

（1）提高安全管理意識，實現安全調度

實現安全調度是風電能調度的首要問題，直接關系到社會的安定。因此，就要加強安全意識教育，提高工作人員的安全意識。一方面加強法制宣傳，依法管網、依法治網，確保電網調度全過程安全性與合法性。另一方面，也要對影響調度的問題采取“誰引起誰負責”的原則予以嚴懲。

（2）合理分層，均分利益

在廠網統一的形勢下，利益主體是統一的，但廠網分離，就產生了不同的利益主體，因此，還是用以往的常規調度方式，能多產電的就多產電，少產電的就少產電，那么利益就無法均分。為解決這個問題，就要根據各級電力市場的實際情況，進行合理的分層，比如分為一級、二級市場、或大區電網或省網或區網等。并且，分級之后，發電成本高的電廠或電網把電力分給成本低的電廠或電網，當然，這也會產生一定的交易成本，但是這些交易成本相對成本高的電廠所多負擔的成本來說，是可以理解的，同時這也可以做到均衡利益，使電廠電網中的利益主體在減少成本的同時，實現利益均分，達到各方的利益最大化。

（3）統籌安排，合理調峰

風電能具有很大的不確定性，受風速的影響使得風電能功率存在了較大差距的波峰與波谷，并且風電能功率存在了很強的驟變性。因此，電網發電過程中，就要做到統籌安排，一方面保障系統在任何運行狀態下都保持有與風電場額定出力相應的正、負旋轉備用容量；另一方面要具備滿足風電場出力驟變時的系統調峰速率，比如在全網范圍內的調峰共擔和備用共享，為風電能的穩定調度打下基礎。

（4）加快骨干網架建設，確保無功補償平衡

風電機組的運行對機端電壓控制要求較高，需要充足的無功電源和電壓抗擾動能力。加快骨干網架建設，可以為系統提供無功電壓，確保無功補償平衡。風能發電能夠產生巨大的電能，20 m長的葉片就能產生600 kW級別的功率，60 m長的葉片就能產生5 MW級別的功率。這就需要有能夠支持大功率的高壓線路網來支持無功補償。因此，要建立高壓的骨干網架，以滿足充足的功率和電壓，以實現系統的無功補償平衡，確保風電場在無功條件下的穩定運行。

（5）采用設備，消除諧波污染

諧波污染是風電大量入網后產生的現象，容易對輸電設備帶來嚴重的影響，減短設備的使用壽命，影響設備生產工作，更甚者會引起線路發生火災、設備損毀的現象，因此，治理諧波污染也是風電調度中的一個重要問題。其中最簡便的方法就是安裝無源電力濾波器。這種設備體積小，無功補償好，能自動檢測諧波，并產生相反的諧波電流，起到補償諧波，降低諧波污染的作用。

4 總 結

風電能是綠色環保可再生的新能源，受到了廣泛的關注與開發，然而風電能的調度是一個系統的、復雜的工程。風電能的調度需要更先進的技術與設備支持，才能正常穩定高效地實現。

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