大規模風電并網條件下的電力系統調度探析

李麗　侯鵬

摘 要 隨著經濟的飛速發展，對電能的消耗日益加劇。傳統的火力發電對非可再生資源的消耗日漸加劇，與此同時還帶來的了嚴重的污染；因此清潔無污染的風力能源逐步發展起來。風電的大規模并網，為電力系統的調度帶來了一系列的問題。風能自身存在著非穩定性隨機性和非連貫性，因此在風力發電機組的比重在機組中所占較多時，電網運行的安全和穩定壓力就會增大。因此文章通過對該背景下電力系統調度運行的穩定性、安全性以及應對方案進行簡述，希望可以為此課題研究提供參考。

關鍵詞 風電井網；電力系統調度探析

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0009-01

在環境問題日益嚴峻，非可再生資源日漸減少的今天，可持續利用可再生的風能作為一種環保型的綠色發電能源逐漸在電力輸出中占有了一席之地。加快發展風力發電，不但可以節省煤炭石油天然氣等非可再生資源的消耗，更能降低污染，提高環境質量。然而風能也有其自身存在的一些先天缺陷，如連貫性不穩定等，因此在風力發電機組大量進駐電網運行，并且實行大規模風電并網時，對電力系統調度的考驗也隨之而來。因此，要在大規模的范圍內將大量的風力發電機組的并入主干電網運行，就避免不了對風電場的接入進行測試，對主網電力系統的調度進行綜合分析以及對風力發電場進行詳盡的規劃和合理的設計。

1 風能發電的局限性

風能雖然是一種綠色環保并且發展潛力巨大的新型能源，但它也有自身不可避免的缺陷，因此相比于水力能源的集中性和可操作性，但從穩定性上來講，風能發電都要遜色不少。因為穩定性，是風能發電最大的短板。因此，如果想要大規模的并入主干電網，勢必因為其自身缺陷，造成主干電網運行的不穩定。

1.1 風能的不穩定性

不穩定性是風能發電最大的局限性，這是因其過程性本質屬性所決定的。風能的不穩定性主要表現為能源的不可控性、隨機性、間歇性、不穩定性，發電機輸出電力大小完全取決于風的朝向和速度。

1.2 風能的不可儲存性

不可儲存性是風能的又一局限性，因此在獨立發電機組單獨運行時，應配有相應的儲能設備以保證發電機組持續不間斷運行。

1.3 電廠分部位置偏遠

我國的大多數的風電場都集中在西北、華北和東北地區，這些地區風能資源非常豐富，然而風能發電場所在的地理位置相對于其他發電場而言比較偏遠。

2 大規模風電并網對電力系統的影響

2.1 對電力系統運行穩定性的影響

風能電場在大規模將并入電力主網系統時，由于支持風能發電場運轉的電能都屬于無輸出功的功率類型的電能，這將會直接降低電網主干網絡在運行時主網電壓的穩定性。因此，在風電大規模并入電力主網系統之前，必須要先調控好風電場所需要的備用額度峰值和波動值，管控好風電輸入主網的功率比例，這樣才可以保證并網后主網可以安全穩定運行。

目前，主要影響風力發電輸出質量的是電壓存在的波動和閃變。這是由于風力資源自身的不穩定性造成，再加之風力發電機組自身在運行上的一些局限性，導致風力發電機組成功率呈波動性輸出的現象。雖然大部分風電機組采用的并入電網方式都是比較軟著陸的形式，但是在機組啟動初期，瞬間產生的高于正常值五至六倍額定電流，對主網進行沖擊，在小容量的局部電網內，局部主網會因為沖擊電壓驟然下跌，進而導致局部主網的電壓不穩定。即便在機組正常運行的狀態下，機組電能輸出的穩定性依然受到風速風向等不受人為控制的自然因素的制約，因此電壓輸出的穩定性依然會成為影響主網電壓的一個不穩定因素，風電機組的電壓會產生較大幅度的波動和閃變，增大了連接風電機組的公共連接點的短路率；而且在環境風速超過該風力發電機組所能承受的最大輸入風速時，風力發電機組將會自動停止運行，如果在同一時段所有機組同時退出，將會直接沖擊局部供電網絡的穩定性。與此同時，諧波也是我們必須要注意的一大問題。引起諧波的原因主要分兩種：一種是恒速發電機組輸入主網時的電子裝置軟啟引起的，短促可忽略不記的諧波，另一種是變速機組入網時裝置瞬啟動引起的諧波。對于變速機組來說，接入電網的過程是通過整流和逆變裝置來完成的，于是電子裝置切換帶來的頻率范圍如控制不好，會導致與發電機組連接在一起的補充電容與電網主線路的電抗發生諧振反應，繼而產生的諧波反應將會非常嚴重。

2.2 對電力系統發電計劃與調度的影響

在以往的常規型供電計劃中，所有發電機組的正常運轉和電力輸出都是在穩定的電源和電壓可預測的承載性的基礎上進行的。但在電力系統中大規模并入風力發電場，就會受到風力電廠輸出供電不穩定性的影響，由此而帶來的不穩定性對于整個供電計劃的制定和實施帶來的影響都是比較大的。因此，如果將風電場并入主干電網的整體調度計劃，就必須將未來二十四小時的供電曲線全部預測出來。而且在每日計劃供電過程中，還要將由超出承載量的預期變化和發電機組的非計劃內異常停運等情況全部估算在內。并且由調度中心提前半小時將風電場預測報告以及在線計劃校正下發供電企業以及電廠。

2.3 對系統備用容量的影響

風電機組的功率波動性是影響備用系統容量的一個重要因素，如果風電功率的波動性與總輸出電網負荷相符合，就會起到自然調輸電波動節峰值的作用，反之，電網輸出中調峰的問題將會變得更加嚴峻。在風能電場大規模并入供電網絡網后，以總電網的可用調峰容量與用于平衡負荷波動的輸入功率兩者相抵，也可以對風電并網所帶來的問題進行改善。

3 結束語

風能作為一種綠色經濟環保型發電能源，有其非常大的發展潛力和潛在價值。然而在以后的一段時期內，風力發電要逐步與傳統發電技術競爭并取代傳統能源，大規模并入電網還需要將自身的局限性加以完善，盡最大可能將自身局限性為電力供應系統所帶來的負影響降低或者消除。作者在文中闡述了大規模風電并網中一些影響電力系統的因素，以及相應應對策略。希望本文的論述可以對該課題的研究有所助益。由于大規模將風能發電并入電網系統在全世界上尚無非常典型成功案例可考究，因此對于這個問題的研究我們還應當不斷努力和深入挖掘。

參考文獻

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