關(guān)于大型風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)分析和實(shí)踐的探討

許洪亮

（國(guó)華（通遼）風(fēng)電有限公司，內(nèi)蒙古通遼 028000）

關(guān)于大型風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)分析和實(shí)踐的探討

許洪亮

（國(guó)華（通遼）風(fēng)電有限公司，內(nèi)蒙古通遼 028000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)，促使風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的快速擴(kuò)大。由于風(fēng)電的特殊性，給電網(wǎng)帶來(lái)了一定影響，因此，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和有效開發(fā)顯得尤為重要。本文詳細(xì)闡述了我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)狀，并針對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響進(jìn)行分析，提出了幾點(diǎn)有效措施。

大型風(fēng)電場(chǎng) 電網(wǎng)接入 運(yùn)營(yíng) 措施

由于我國(guó)豐富的風(fēng)能資源，帶動(dòng)了我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，但是由于大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的輸送模式、輸電方案等出現(xiàn)了一系列問題，給配電主網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致部分風(fēng)電場(chǎng)建成卻未投入使用。在這一背景下，對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)和實(shí)踐進(jìn)行深入分析勢(shì)在必行，具有十分重要的作用和意義。

1 大型風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響

1.1 潮流變化對(duì)電網(wǎng)的影響

作為專業(yè)化、規(guī)模化的國(guó)內(nèi)主力能源之一，風(fēng)電為人們的生活與生產(chǎn)提供了十分潔凈的能源，這種可再生的優(yōu)質(zhì)電力為電網(wǎng)的發(fā)展及電力工業(yè)的發(fā)展起到了較大的推動(dòng)作用。但是風(fēng)電具有不穩(wěn)定性，會(huì)受到季節(jié)變化與風(fēng)能變化的影響，并且目前為止，風(fēng)能并不在可控范圍之內(nèi)，因此風(fēng)電功率的變化會(huì)對(duì)電網(wǎng)潮流造成直接影響。同時(shí)，由于晝夜變化較大，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)備用容量造成影響。

1.2 風(fēng)電出力對(duì)電網(wǎng)電壓的影響

由于風(fēng)速變化具有隨機(jī)性，因此風(fēng)電場(chǎng)出力也具有隨機(jī)性特點(diǎn)，而這一特點(diǎn)造成風(fēng)電容量的可信度不高，給電網(wǎng)的有功平衡與無(wú)功平衡帶來(lái)了一定的困難，尤其在風(fēng)電容量比例高的電網(wǎng)中，容易出現(xiàn)較多的電能質(zhì)量問題。對(duì)于裝機(jī)容量較大的風(fēng)電場(chǎng)而言，在實(shí)際運(yùn)行過程中，風(fēng)電場(chǎng)出力較大時(shí)則會(huì)使并網(wǎng)點(diǎn)的功率因素減小，造成電壓大幅度降低，嚴(yán)重影響電壓質(zhì)量；當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力較小時(shí)會(huì)使并網(wǎng)點(diǎn)電壓大幅度提高，同樣會(huì)對(duì)電壓質(zhì)量造成影響。不同風(fēng)電場(chǎng)出力相關(guān)性反映風(fēng)電場(chǎng)之間發(fā)電出力變化趨勢(shì)的一致性，一般距離較近的風(fēng)電場(chǎng)，其出力變化趨勢(shì)較為一致，相關(guān)性也較強(qiáng)。例如，圖1為莆田、福州、漳州三個(gè)地區(qū)的風(fēng)電出力變化形狀，可見三個(gè)地區(qū)的風(fēng)電出力情況較為相似，最大與小小出力時(shí)間也較為接近，具有較大的同時(shí)率，因此這三個(gè)地區(qū)之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。

1.3 風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響

風(fēng)電機(jī)組采用的發(fā)電技術(shù)與常規(guī)同步電機(jī)的發(fā)電技術(shù)有所差異，其機(jī)組的基本類型包括普通異步發(fā)電機(jī)與基于雙饋感應(yīng)電機(jī)技術(shù)的變速風(fēng)電機(jī)組。電網(wǎng)發(fā)生故障后，電力系統(tǒng)的暫態(tài)特性與常規(guī)同步電機(jī)的不同之處在于：當(dāng)電網(wǎng)接入大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)后，風(fēng)電場(chǎng)會(huì)將電網(wǎng)原有的線路傳輸功率、潮流分布以及整個(gè)系統(tǒng)的慣量改變。因此，當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并入電網(wǎng)之后，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性造成一定的影響。

圖1 風(fēng)電出力過程片段

圖2 6.9/35kV S11節(jié)能型歐式箱變示意圖

2 采取的技術(shù)方案與實(shí)踐探討

2.1 風(fēng)電場(chǎng)電力接入技術(shù)方案

（1）多點(diǎn)接入，分類實(shí)施；首先，在充分了解某電網(wǎng)架構(gòu)及發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)上，針對(duì)該電網(wǎng)公司近年來(lái)風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)規(guī)劃進(jìn)行研究，并將其與電網(wǎng)的布局電源點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃有機(jī)結(jié)合；其次，按照“多點(diǎn)接入，分類實(shí)施”的方式，將每10萬(wàn)-20萬(wàn)kW作為一個(gè)電力上網(wǎng)接入點(diǎn)，并分別從110kV和220kV變電站接入，此時(shí)110kV電網(wǎng)與220kV電網(wǎng)的構(gòu)架較為穩(wěn)定，有利于電力的上網(wǎng)輸送。同時(shí)，為避免在將電力輸送給更高一級(jí)的電壓網(wǎng)架時(shí)出現(xiàn)接入點(diǎn)潮流倒送情況，要盡可能就近接入負(fù)荷中樞的變電站，將當(dāng)?shù)刎?fù)荷先一步消化，以防出現(xiàn)較大的潮流變化。（2）選用雙饋風(fēng)發(fā)電機(jī)與升壓節(jié)能型變壓器；雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)屬于繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)采用了交流勵(lì)磁，能使發(fā)電系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)之間形成“柔性連接”，從而根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流以及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)輸出的電壓更加精確，滿足電壓輸出穩(wěn)定的要求；變壓器是電力行業(yè)中的主要耗能設(shè)備之一。根據(jù)相關(guān)資料顯示，我國(guó)變壓器的耗損總和占據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)電量總和的10%左右。因此，選擇升壓節(jié)能型變壓器勢(shì)在必行。（3）結(jié)合風(fēng)電季節(jié)特點(diǎn)；由于風(fēng)電的不穩(wěn)定性會(huì)受到季節(jié)影響，因此要結(jié)合風(fēng)電季節(jié)的特點(diǎn)，合理匹配主變?nèi)萘?，有利于管理運(yùn)營(yíng)。例如，在接入10萬(wàn)kW負(fù)荷時(shí)，選擇兩臺(tái)2×5萬(wàn)kVA或者2×6.3萬(wàn)kVA的主變，在小風(fēng)季節(jié)將兩臺(tái)主變運(yùn)行改為單臺(tái)主變運(yùn)行，即可將空載損耗有效減少。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部電網(wǎng)安全等級(jí)的提高

（1）風(fēng)機(jī)箱變應(yīng)選用6.9/35kV S11型節(jié)能型歐式箱變，如圖2所示。

（2）35kV通過消弧線圈接地運(yùn)行后補(bǔ)償小電流接地系統(tǒng)。如220kV主變應(yīng)加接地變，將消弧線圈的中心點(diǎn)接地，針對(duì)部分電流較小的電容裝置，可采取消弧柜，盡可能避免因單機(jī)接地造成諧振過電壓。

（3）35kV箱變高壓側(cè)應(yīng)采用可遠(yuǎn)程控制的斷路器和負(fù)荷開關(guān)，便于各項(xiàng)操作的遠(yuǎn)程控制，具有一定的安全性和便捷性。

（4）架設(shè)無(wú)功率補(bǔ)償裝置。由于箱變防雷有浪涌保護(hù)的作用，優(yōu)質(zhì)電氣設(shè)備的利用可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的健康穩(wěn)定運(yùn)行。

3 已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益情況

3.1 神華風(fēng)電項(xiàng)目

神華風(fēng)電基地投入運(yùn)營(yíng)后，風(fēng)能資源累積儲(chǔ)備量約為3745萬(wàn)kW，逐漸形成“八大區(qū)域、五大基地”的風(fēng)電開發(fā)建設(shè)格局。風(fēng)電場(chǎng)遍布內(nèi)蒙古、河北、江蘇及黑龍江境內(nèi)，約20多個(gè)，風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)約為201萬(wàn)kW，并網(wǎng)達(dá)157kW。該基地為社會(huì)提供了55億kWh的綠色電能，節(jié)約了205.7萬(wàn)t煤炭資源，節(jié)水約1970萬(wàn)t，減少了612.3萬(wàn)t的二氧化碳和3.4萬(wàn)t的二氧化硫的排放。與此同時(shí)，該基地還積極開展了風(fēng)電太陽(yáng)能光伏發(fā)電互補(bǔ)工作，著手研發(fā)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目。神華集團(tuán)風(fēng)電在風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)上占有很大比重，占據(jù)了我國(guó)約60%的風(fēng)電份額，推動(dòng)了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3.2 威海風(fēng)電項(xiàng)目

由華能集團(tuán)建設(shè)的威海風(fēng)電場(chǎng)是第一個(gè)國(guó)產(chǎn)化兆瓦級(jí)示范風(fēng)電場(chǎng)，該風(fēng)電場(chǎng)采用的電機(jī)組為大連重工風(fēng)電機(jī)組，其國(guó)產(chǎn)化率可達(dá)到70%。在威海二期項(xiàng)目正式投入運(yùn)營(yíng)后，其總裝機(jī)容量達(dá)到了6.9萬(wàn)kW，每年均可節(jié)約近5萬(wàn)噸標(biāo)煤，減排10萬(wàn)噸以上的二氧化碳與11噸左右的一氧化碳，同時(shí)，減排灰渣1萬(wàn)噸以上、二氧化氯800噸左右，盈利水平一直處于良好狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)可有效解決風(fēng)電發(fā)展過程中的各項(xiàng)問題，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是，針對(duì)我國(guó)目前風(fēng)電發(fā)展的實(shí)際情況來(lái)看，還存在或多或少的問題，迫切需要技術(shù)人員和工作人員加強(qiáng)對(duì)其的重視，不斷總結(jié)和完善，以探索出更具適用性的電網(wǎng)接入技術(shù)，為推動(dòng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。

［1］李春來(lái)，薛俊茹，孟可風(fēng) 等.關(guān)于大型光伏電站接入電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)分析和實(shí)踐的探討［J］.科技信息，2012（36）：701-702.

［2］房芳.基于綠色經(jīng)濟(jì)的風(fēng)火電聯(lián)合運(yùn)營(yíng)規(guī)劃及效益評(píng)價(jià)研究［D］.華北電力大學(xué)，2013.

［3］高陽(yáng)，歐陽(yáng)群，關(guān)慧敏.風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)研究綜述［J］.東北電力技術(shù)，2010（2）：14-17.

［4］王磊.風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析及脫網(wǎng)事故初探［D］.天津大學(xué)，2012.