芻議風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)原系統(tǒng)有何影響

龔學(xué)良

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東茂名，525000）

芻議風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)原系統(tǒng)有何影響

龔學(xué)良

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東茂名，525000）

本文結(jié)合風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)實(shí)例，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)峰谷差的影響機(jī)理進(jìn)行了探討，并對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入以后系統(tǒng)等效負(fù)荷峰谷差的變化進(jìn)行了深入的研究，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)原系統(tǒng)的影響進(jìn)行了闡述。

風(fēng)電場(chǎng)；時(shí)序負(fù)荷曲線；原系統(tǒng)；風(fēng)電出力時(shí)序曲線

1 前言

在我們國(guó)家，該技術(shù)正在飛速地發(fā)展，而作為可再生能源不可或缺的組成部分，風(fēng)電已經(jīng)成為了改善我們國(guó)家電源結(jié)構(gòu)不可缺少的環(huán)節(jié)之一。我們國(guó)家的能源局分別在全國(guó)各地的地區(qū)規(guī)劃了很多個(gè)風(fēng)電基地，并且確定了我們國(guó)家風(fēng)電大規(guī)模、集中式的發(fā)展道路。而在對(duì)風(fēng)電接入電力調(diào)度運(yùn)行的影響進(jìn)行研究的時(shí)候，這個(gè)會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行產(chǎn)生了非常大的影響，而系統(tǒng)擁有非常靈活可調(diào)節(jié)的容量系統(tǒng)接納風(fēng)電的條件之一。而一些學(xué)者則認(rèn)為，風(fēng)電不可控的波動(dòng)性是其對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行的重要影響因素之一，在接入大規(guī)模風(fēng)電以后，系統(tǒng)的自動(dòng)發(fā)電控制容量增加的非常明顯，而調(diào)峰的容量需求量會(huì)隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增加有著非常明顯的變化。這樣就會(huì)造成電網(wǎng)的調(diào)峰需求大幅度地增加，而電網(wǎng)的調(diào)峰能力或許成為風(fēng)電發(fā)展的技術(shù)瓶頸，所以需要調(diào)用其它地域的調(diào)峰資源參與調(diào)整風(fēng)電出力波動(dòng)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能資源合理地利用。

2 含風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)實(shí)例

正常運(yùn)行的時(shí)候，GX線帶X站1號(hào)線主變負(fù)荷，而且通過(guò)了XY線帶Y風(fēng)電場(chǎng)線；JX帶II母空載運(yùn)行；110kV母聯(lián)在分位。GX線兩側(cè)都是階段式后備保護(hù)，JX線、XY線兩側(cè)為光差保護(hù)；X站110kV母線沒(méi)有配置母差的保護(hù)。

圖1 系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖

3 故障情況

某時(shí)，當(dāng)GX線在A線發(fā)生了接地故障的時(shí)候，而且是56毫秒以后發(fā)生，而G站的GX線保護(hù)動(dòng)作解除了一些故障，僅僅用掉了622毫秒，在X站110kV的母線電壓的二次值降到了10V以下的時(shí)候，僅用1039毫秒，GX線就可以合閘，而用了1217毫秒以后，就會(huì)再次發(fā)生了跳閘現(xiàn)象，用了2687毫秒，而X站備有自投動(dòng)作合上110kV，而X站母線電壓恢復(fù)了正常。

4 原因分析

如果GX線出現(xiàn)了故障，而G側(cè)的斷路器就會(huì)發(fā)生跳閘現(xiàn)象，而殘壓發(fā)生了故障以后的622毫秒就會(huì)減小到了10V。風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越的能力、類型以及容量有著直接的關(guān)系。當(dāng)前，為了能更好地減小負(fù)載時(shí)候的風(fēng)電機(jī)組的功率，而風(fēng)電機(jī)組無(wú)論是l0kV，還是110kV的母線，其負(fù)荷的容量都會(huì)大于其容量。發(fā)生這樣故障的是，Y風(fēng)的電場(chǎng)發(fā)出了2000千瓦，而X站的負(fù)荷則為一萬(wàn)千瓦，所以暫時(shí)不會(huì)考慮到孤島的運(yùn)行問(wèn)題。如果Y風(fēng)的電場(chǎng)發(fā)出了大于X站的負(fù)荷，而殘壓的衰減時(shí)間就會(huì)可能更長(zhǎng)。

5 風(fēng)電的接入對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰需求的影響分析

5.1 影響機(jī)理

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的峰值負(fù)荷沖擊差，這個(gè)取決于幅度和方向的改變?cè)陲L(fēng)天的輸出和負(fù)載變化的大小和方向之間的關(guān)系。結(jié)合電網(wǎng)上的等效負(fù)荷不同變化模式的風(fēng)力發(fā)電收縮差，其峰值效應(yīng)將有助于正調(diào)峰，反調(diào)峰和過(guò)調(diào)峰三種情況。圖2是從2014年某電網(wǎng)負(fù)荷曲線和時(shí)序風(fēng)電相應(yīng)的序列典型日曲線輸出曲線的模擬圖。風(fēng)電反調(diào)是指抗峰風(fēng)功率輸出的增加和降低的曲線和系統(tǒng)負(fù)載的曲線正好相反，如圖2（a）中所示的典型的日曲線；風(fēng)正調(diào)峰值指的是風(fēng)力發(fā)電輸出增加和減少基本上是相同，而且峰值風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的峰值負(fù)荷小于給降低的峰值負(fù)荷曲線風(fēng)功率之間的差，如圖2（b）所示，典型的每日曲線，通過(guò)風(fēng)功率峰值風(fēng)力指變化趨勢(shì)和盤中輸出負(fù)載是基本相同的，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷峰谷差比所述差要大一些，其普通的日曲線可以如圖2（c）所示。需要注意的是，上述情況只有當(dāng)電容量相對(duì)比例大的情況才可能發(fā)生的。

圖2 風(fēng)電出力的各種調(diào)峰效應(yīng)

5.2 特性以及影響

該特性大部分指的是由于每天光線溫度的不同而受到的影響，每個(gè)時(shí)間段的風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)都有不同的意義，這樣就導(dǎo)致了風(fēng)電出力在一天之內(nèi)的相對(duì)變化規(guī)律。而在該地區(qū)風(fēng)電的最大平均出力則出現(xiàn)在凌晨的零點(diǎn)到一點(diǎn)，而最小的平均出力則出現(xiàn)在下午的三點(diǎn)到四點(diǎn)，我們從圖上就可以看到，這個(gè)地方的風(fēng)電夜間平均出力應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)地大于白天的平均出力，并且其曲線與負(fù)荷曲線的變化趨勢(shì)則恰好相反，這樣也就知道了，其風(fēng)電出現(xiàn)的正調(diào)峰效應(yīng)幾率應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于出現(xiàn)反調(diào)峰效應(yīng)的幾率。

5.3 分析

把時(shí)序負(fù)荷曲線和風(fēng)電時(shí)序出力曲線相互結(jié)合以后，就可以推算出來(lái)負(fù)荷和風(fēng)電相減以后的等效負(fù)荷的峰谷差以及原始的負(fù)荷各日負(fù)荷峰谷差。對(duì)風(fēng)電接入前后的系統(tǒng)負(fù)荷峰谷的差值變化進(jìn)行詳細(xì)地分析，如圖3所示，為原始負(fù)荷的持續(xù)曲線和等效負(fù)荷的持續(xù)曲線。

圖3 電網(wǎng)原始負(fù)荷與等效負(fù)荷峰谷差持續(xù)曲線

從上圖可以看出來(lái)：風(fēng)電接入使這個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)調(diào)峰的需求量就會(huì)有非常明顯的增多；而且風(fēng)電接入之后的電網(wǎng)等效負(fù)荷的最大峰谷差也是原始負(fù)荷平均峰谷差的兩到三倍；而等效的負(fù)荷平均峰谷差率基本上是原來(lái)的負(fù)荷平均相對(duì)峰谷差的兩倍。而且這個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)每天的平均峰谷差率基本上可以接近或者是超過(guò)了最大的調(diào)峰能力，這樣就嚴(yán)峻地考驗(yàn)到了系統(tǒng)調(diào)度。從圖上我們就能找到每個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示了接入風(fēng)電以后的這一天等效負(fù)荷峰谷差，而每一個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)就可以說(shuō)明原來(lái)的負(fù)荷峰谷差。上面的圖我們可以找到風(fēng)電接入對(duì)整個(gè)系統(tǒng)峰的谷差影響。而從圖中我們可以看到，有y=x的分界線，如果散點(diǎn)進(jìn)入了分界線右側(cè)，就可以表明風(fēng)電接入增加了系統(tǒng)的峰谷差。從上圖就能看出來(lái)，大部分的模擬日風(fēng)電的加入加大了系統(tǒng)的峰谷差，而且峰谷的差增量非常大。原來(lái)的負(fù)荷曲線就會(huì)分布在比較小的范圍里，而風(fēng)電加入以后，系統(tǒng)的峰谷差分布的范圍就會(huì)變得非常寬，這樣就可以知道，當(dāng)風(fēng)電接入以后，該地區(qū)的電網(wǎng)等效負(fù)荷曲線峰谷差明顯變大而且還有很多不確定性的增強(qiáng)，這樣整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)面臨著復(fù)雜多變的運(yùn)行方式。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)接入到電網(wǎng)以后，除了可以對(duì)系統(tǒng)的備自投、母線以及電容器有影響之外，還有可能導(dǎo)致了快速的保護(hù)誤動(dòng)。所以，在現(xiàn)實(shí)的工作當(dāng)中，應(yīng)該更重視風(fēng)電場(chǎng)的接入，而還應(yīng)該考慮到保護(hù)裝置的配置，在關(guān)鍵的時(shí)候還應(yīng)該加裝方向保護(hù)，這樣就可以確定繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。

［1］石佳穎，沈辰，劉峰.雙饋風(fēng)電機(jī)組動(dòng)力學(xué)特性對(duì)電力系統(tǒng)小于干擾穩(wěn)定的影響分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013（18）：72～74.

［2］張子泳，胡志堅(jiān)，胡夢(mèng)月.含風(fēng)電的互聯(lián)電力系統(tǒng)時(shí)滯相關(guān)穩(wěn)定性分析與魯邦阻尼控制［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012（34）：17～18.

［3］余貽鑫，王靖然，呂曉陽(yáng).基于安全性價(jià)值的含大風(fēng)電的電力系統(tǒng)擴(kuò)展規(guī)劃［J］.中國(guó)科學(xué)技術(shù)科學(xué)，2012（07）：121～123.

Discussion on the influence of the wind farm access to the original system

Gong Xueliang
（Guangdong Power Grid Co., Ltd. Maoming Power Supply Bureau,Guangdong Maoming, 525000）

in this paper, the mechanism of the effect of wind power on the peak and valley difference of the system is discussed, and the effect of the equivalent load peak and valley difference on the wind farm is discussed.

wind farm; time series load curve; original system; wind power output time series curve

TM614

A

龔學(xué)良（1987—），男，廣東茂名人，助理工程師，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)運(yùn)行與分析工作。