風電新能源運行對電網電能質量的影響

陳加良

摘要：作為綠色新能源的其中一張，風能已經成為我國最重要的綠色新能源。更點新能源的使用和運行對于我國電網電能質量也產生了直接且較大的影響。本文將會對風電新能源運行對我國電網電能質量產生的影響進行簡單的研究。

關鍵詞：風電新能源 電能質量 影響

一、我國風電新能源的開發情況及其運行特點

（一）我國風電新能源的開發情況

過去，我國的電源一直都是以煤電為主，但隨著人們對于綠色新能源的重視程度越來越高，各國開始尋找新能源來替代傳統的一次能源。根據相關的調查報告顯示，截至2010年底，我國已經擁有802個風電場，共有風電機組32400臺，裝機容量達4146萬kw，并網3828萬kw，并網運營3131萬kw。而隨著我國對于風電新能源的投資不斷增加，我國裝機容量從2009年的世界排名第三，到2011年一躍為世界裝機容量第一，這現象能夠充分說明我國的風電新能源開發規模達到了新水平。在建造風電場的時候，選址的首要條件就是要選擇具有“風”能源的所在地，例如我國的內蒙古、河北、遼寧、甘肅，以及吉林等地，這些省份和城市都成了我國投資風電新能源運行領域的熱土。但是唯一的缺點就是，我國建造風電場的位置偏較為偏遠。這主要是由于我國的風資源分布地與負荷中心隔著較遠的距離，令電網傳輸的網架結構較為脆弱，令風電并網的電網輸電能力在一定程度上，對風電外送造成一定的限制作用。所以在我國如今對風電新能源進行大規模開發的情況下，還需要根據我國開發的實際情況，建設配套的風電送出構筑物和相關的工程項目，并對風電新能源的電網建設進行加強和完善工作。

（二）我國風電新能源的缺點

由于目前風電新能源運行技術的水平尚淺，風能能量的儲存量非常小 在某程度上會令風能的蓄電成本更加高于煤炭發電的成本。而且一旦風能的能量儲存量較小，將會令整個風電能源電網欠缺蓄電能力，不得不通過調節輸出電量的方法收納電量。而且風能的能量密度較小小，假設在風電能源和水電能源兩者比較之下，在發電容量相等的條件下，風電能源在發電的時候，風力發電機所需要的風輪尺寸會比水輪機大幾十倍。再者，風能的穩定性差，不能夠通過有效地控制而提高電網電能質量。風能屬于過程性能源，風向和風速會發生不定向的改變，無法通過人為控制，從而難以對風力發電機進行有效的控制和調節，所以，風電能源所形成的電能呈現一定的波動性和隨機變化。同時由于風能的不可控制的熱性，令風電新能源的電網發電工作無法得到調度，更無法控制電網的負荷大小。同時，由于風電能源的能量儲存量較小，令風輪機的發電效率低下。經過我國的實際工作可得，風輪機的理論最高發電效率約為60%，但是在實際的工作過程中，其實際發電效率比理論發電效率要低得多。垂直軸風輪機的最高實際發電效率約為30%-40%，而水平軸風輪機的最高實際發電效率則約為20%-50%。

二、風電新能源運行對我國電網電能質量的影響

盡管風電新能源的運行工作無法通過人為的有效控制，但是實際上風電新能源的運行，對于我國的電網電能質量產生極大的影響，為我國的電網安全運行帶來了全新的挑戰和機遇：

（一）電網調峰調頻壓力大大增加

一般地，在電網運行的時候，為了確保電網運行的安全性和穩定性，及時電網處于最低工作符合的狀態下，仍然需要確保電網中有一定的機組處于運行狀態中。而傳統的燃煤機組最低出力效率大約是40%的額定出力。目前我國電網的控制模式就是，在能夠不調停大機組、電網處于最低工作負荷，以及風電機組出力最大的極端情況下，電網內部的燃煤機組的最低出力加上外來電的總和應該小于電網的最低工作負荷。但由于風電能源電網具有反調峰特性，冬季的夜間電網往往處于低工作負荷的狀態，而且由于夜間屬于大風時段，風電機組的出力快速增加。尤其是在我國北方，在冬季的時候，往往有70%以上的火電機組，需要承擔供熱任務，電網的調峰能力降低，調峰容量不足。

在我國的北方，冬季期間是電網調峰最困難的時期，這主要是由于北方城市在冬季具有一個供熱期，令風電機組的出力也變得比較高。這時候，為了確保在我國北方城市能夠正常供熱，電網中的所有風電機組都需要全部進行發電運行，加上供熱機組的最低出力已降低至火電機組出力的最低點。風電的間歇、波動特性要求電網必須有足夠的調峰容量來平衡風電所產生的出力波動，但由于冬季負荷峰谷差最大，并且電力系統預留的調節裕度隨著供熱負荷的增加而逐步下降，這就導致整個電力系統沒有足夠的調峰容量來平衡大風時的風電出力，致使電網接納風電的能力大大降低。

（二）電壓控制難度提高

由于風電機組在進行發電工作的時候，具有一定的不確定性和不可控性，令某部分地區大規模的風電機組系統的電壓都出現了母線電壓越限、電網電壓波動，或者閃變等各種各樣的問題。當大規模的風電機組接入電網之后，通常都會出現由于風電出力的大幅波動，從而導致電網的輸電通道上的500 kV樞紐節點的電壓波動，這對于當地電網的電壓控制和安全運行等工作都會產生直接的影響。同時，風力發電的隨機性將會導致電網輸電通道上的中樞點電壓的波動增大，從而導致中樞點電壓的越限概率也隨之而增大，而這一影響的程度是和中樞點電壓和風電場之間的距離相關，當中樞點電壓距離風電場接入點越近的時候，這種情況的影響程度將會越明顯。

（三）電網安全穩定運行風險增加

風電機組屬于低轉速發電技術，當風速發生花邊的時候，風電機組的轉速也會隨之而變化。所以，為了滿足當地對于電力系統頻率和電網電能質量的要求，一般的風電機組的設計都會采用變流和變頻的發電技術。如果對于風電機組變流裝置沒有進行專門的發電設計的話，設計所得的電力系統的電壓發生波動時，風電機組就會自動脫網，使從而導致電力供需的平衡被打破，系統的運行出現一定的風險。但是當風電機組在當地的電力系統中占有較小的比重的時候，風電機組出現自動脫網的問題對于電力系統影響并不大。反之，當風電機組在電力系統中占有較大比重的時候，自動脫網的問題就會對電力系統的正常運行產生極大的影響。舉個例子，在我國酒泉曾經發生過一次“脫電”事故。這次事故的出現，導致酒泉附近的16個風電場的598臺風電機組脫網，損失出力84萬千瓦，占事故前酒泉地區風電出力的一半以上。

三、完善措施

風機具備低電壓穿越能力是防止風機受電壓波動脫網的重要措施，風機不具備低電壓穿越能力的話，在電網電壓跌落的時候，風機會自動脫網，而且在電壓回復正常之后也不能并網，再次并網需要花費大量的財力人力來進行恢復，且造成巨大的能源浪費，具備低壓穿越的風機克服了這種缺陷，現在國家電網已經制定了一系列標準來規范低壓穿越。其次，SVG是風電場無功補償領域的重要技術分支，它由于能適應風電場的快速補償要求，在國內風電場的應用也逐步增多，隨著技術的發展和完善，SVG的優勢將越發明顯，對于風電場的無功補償的研究，依照電網風電場并網運行重點問題整改措施，風電場要加裝無功補償裝置在線監測模塊，對無功補償裝置運行狀態進行監測。

四、結言

隨著我國市場經濟的不斷發展，大型的風力發電機組正不斷投入，并進行發電運行。這些都標志著我國的風電新能運的開發事業正逐漸邁向新高峰，甚至在某些城市和地區，風電新能源已經成為了當地發電的主要方式。足以可見，風電新能源的運行情況，將會直接對我國的電網電能質量產生影響。為了確保我國的風電新能源能夠正常、穩定地工作，必須要對風電新能源運行對我國的電網電能質量所產生的負面影響進行控制，不斷完善風電能源開發的技術問題，才能確保我國的風電新能源開發領域取得一席地。

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