風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題的探究

苗 蒙

（大唐赤峰新能源有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題的探究

苗 蒙

（大唐赤峰新能源有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)展的特點(diǎn)和現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)存在的問(wèn)題，并提出解決途徑，為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)的實(shí)際操作提供參考，促進(jìn)電力資源的可持續(xù)發(fā)展。

風(fēng)力發(fā)電；光伏發(fā)電；并網(wǎng)技術(shù)；電力系統(tǒng)

1 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

1.1 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

并網(wǎng)型的風(fēng)力發(fā)電規(guī)模普遍較大，由上百臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)共同組合而成，其容量非常大，因而得到了大電網(wǎng)的有效支持，能夠?qū)︼L(fēng)力資源進(jìn)行充分利用和開(kāi)發(fā)。風(fēng)力資源屬于可再生資源，且清潔無(wú)污染，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的最大優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)風(fēng)力資源的有效利用［1］。但同時(shí)也有一定的局限性，風(fēng)力資源具有不可控性，現(xiàn)有的存儲(chǔ)技術(shù)難以存儲(chǔ)大量的自然風(fēng)。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)有廣闊的發(fā)展前景。目前，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電成本在不斷降低，發(fā)展速度也在不斷加快。我國(guó)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃如表1所示。

1.2 并網(wǎng)型光伏發(fā)電的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)是與電力系統(tǒng)連接在一起組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)可提供有功電能和無(wú)功電能，通過(guò)電流源方式將電能送入電力系統(tǒng)中。變換器能夠?qū)⑺璧碾娔苄问酵ㄟ^(guò)電網(wǎng)進(jìn)行傳送，因此并網(wǎng)型光伏發(fā)電的過(guò)程并不需要蓄電池，這大大降低了運(yùn)行成本。光伏發(fā)電不僅安全可靠，且無(wú)噪音和其他危害，安裝和維護(hù)過(guò)程也比較簡(jiǎn)單，兼容性也非常好。目前，并網(wǎng)型光伏發(fā)電的發(fā)展速度異常迅猛，已經(jīng)占據(jù)了光伏市場(chǎng)發(fā)展的一大半，國(guó)家也在不斷扶持光伏市場(chǎng)，加大對(duì)城市和沙漠并網(wǎng)型光伏發(fā)電站的研發(fā)和投資。在我國(guó)西部和沙漠地帶，日光資源非常豐富，我國(guó)日光能源地區(qū)分布如表2所示。

2 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)存在的問(wèn)題

2.1 孤島效應(yīng)問(wèn)題

孤島效應(yīng)是指電力企業(yè)在實(shí)際供電過(guò)程中出現(xiàn)的由于電力維修和故障而導(dǎo)致電力中斷的現(xiàn)象，將周圍的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)脫離電力網(wǎng)絡(luò)掌控形成一個(gè)自給供電的孤島［2］。之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，大多是由風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電總?cè)萘枯^大導(dǎo)致的。孤島效應(yīng)的出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)配電設(shè)備和用戶端設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，電力公司的輸電線路維修人員在對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修的過(guò)程中極有可能危及生命；配電系統(tǒng)上的開(kāi)關(guān)保護(hù)程序也會(huì)因此而受到影響，產(chǎn)生強(qiáng)大的電壓和激烈的沖擊電流，導(dǎo)致設(shè)備的保護(hù)程序紊亂。

表1 我國(guó)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃MW

表2 我國(guó)日光能源地區(qū)分布表

2.2 可靠性問(wèn)題

由于風(fēng)速的不可控性和隨機(jī)性引起風(fēng)力發(fā)電頻率變化過(guò)快，而光照強(qiáng)度受季節(jié)、天氣和日照溫度等自然因素的變化，引起光伏發(fā)電功率不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)的電壓和電力不穩(wěn)定，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)難以相互配合，造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作，大系統(tǒng)停電時(shí)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電也會(huì)同時(shí)停電。受低壓路線不對(duì)稱分布的影響，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)的配電系統(tǒng)在這種不平衡的狀態(tài)下，運(yùn)行容易導(dǎo)致三相電壓和三相電流的角度差值達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值。

2.3 電網(wǎng)效益問(wèn)題

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電后，會(huì)導(dǎo)致配網(wǎng)中原有的一些設(shè)備成為閑置設(shè)備或備用設(shè)備。如當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，原有設(shè)備的配電系統(tǒng)因?yàn)樗B接的變壓器和電纜線路負(fù)荷小，而成為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的備用設(shè)備。電網(wǎng)的消耗主要來(lái)源于系統(tǒng)潮流的分布，而風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)必然會(huì)影響電網(wǎng)系統(tǒng)的潮流分布和電力消耗。

3 解決風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題的途徑

3.1 加強(qiáng)基本模型和可靠性的分析

要有效提高風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)對(duì)這2種發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行電力分析建立起基本模型。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電由風(fēng)速?zèng)Q定，因此，在建立基本模型時(shí)，可以將風(fēng)速作為研究的重點(diǎn)。大量數(shù)據(jù)顯示，在我國(guó)1年中的風(fēng)速大都比較平緩，發(fā)生特大颶風(fēng)的可能性很小，因此在對(duì)多地年平均風(fēng)速進(jìn)行計(jì)算時(shí)可采用威布爾分布函數(shù)：

式中：v為平均風(fēng)速；c為尺度系數(shù)，是該地區(qū)平均風(fēng)速大小的反映；k為形狀系數(shù)，能夠?qū)L(fēng)速的分布特點(diǎn)準(zhǔn)確反映出來(lái)［3］。

往往同一個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的風(fēng)速和風(fēng)向基本都是相同的，因此也可以通過(guò)研究風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的輸出功率來(lái)建立風(fēng)速模型。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的輸出功率是所有風(fēng)機(jī)功率之和乘以尾流效應(yīng)系數(shù)。依據(jù)并網(wǎng)型光伏發(fā)電的原理和組成結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型推出光伏發(fā)電的輸出功率為

式中：P為輸出功率；ηmod為在該小時(shí)環(huán)境溫度下的模塊效率，A為光照的總面積；β為因?yàn)樾识a(chǎn)生的溫度系數(shù)；Itilt為傾斜面的光照強(qiáng)度［4］。

3.2 加強(qiáng)對(duì)新型配電系統(tǒng)方式的研發(fā)

對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的特點(diǎn)有了一個(gè)準(zhǔn)確把握后，就要對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃并開(kāi)展配電理論的研究。首先，需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的的選址進(jìn)行考量，不斷地優(yōu)化電源的位置和容量；其次，應(yīng)更好地對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的控制方式和并網(wǎng)方式的接入位置進(jìn)行具體的把握和探究。

3.3 加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)的研發(fā)

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)，通過(guò)微網(wǎng)接入到系統(tǒng)后，會(huì)改變系統(tǒng)故障的原有特征，這也對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行提出技術(shù)上的挑戰(zhàn)，原有的故障檢測(cè)方法和安全保護(hù)技術(shù)已經(jīng)不適用。因此，需要技術(shù)人員通過(guò)結(jié)合并網(wǎng)過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)際情況，進(jìn)行科學(xué)有效的電網(wǎng)運(yùn)行控制，使電源及時(shí)與主網(wǎng)斷開(kāi)，以獨(dú)立運(yùn)行的方式繼續(xù)供電。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)特點(diǎn)，為有效解決我國(guó)電力發(fā)展的孤島效應(yīng)問(wèn)題、可靠性問(wèn)題和電網(wǎng)效益問(wèn)題提供了途徑。這些問(wèn)題導(dǎo)致了電力終端現(xiàn)象及電壓和電力不穩(wěn)定以及使配網(wǎng)中原有的一些設(shè)備成為閑置設(shè)備或備用設(shè)備，因此要不斷加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)基本模型可靠性的分析，加強(qiáng)對(duì)新型配電系統(tǒng)方式的研發(fā)和對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)的研發(fā)，以促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)更好地發(fā)展。

［1］石烺峰.風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題研究［J］.價(jià)值工程，2015，18（8）：36－37.

［2］吳傳璽.配電網(wǎng)開(kāi)閉所選線方式［J］.東北電力技術(shù)，2011，32（2）：33－36.

［3］王 超，徐建源，李家玨，等.計(jì)及多頻率調(diào)節(jié)因素的孤島頻率協(xié)調(diào)方法研究［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（2）：1－4.

［4］田景輔，于 游，田鵬飛，等.遼寧電網(wǎng)輸電線路故障點(diǎn)定位方法分析［J］.東北電力技術(shù)，2015，36（1）：56－58.

Research on Grid－connection of Wind Power Generation and Photovoltaic Power Generation

MIAO Meng
（Datang Chifeng Renewable Power Co.，Ltd.，Chifeng，Inner Mongolia 024000，China）

This paper analyzes the characteristics and current situation of wind power and photovoltaic power generation，and points out the existing problems of wind power and photovoltaic power generation.A way to solve the problem of grid connected wind power genera?tion and photovoltaic power generation is proposed.This paper offer a reference for the practical operation of wind power and photovolta?ic power generation and promote the sustainable development of power resources.

Wind power generation；Photovoltaic power generation；Grid－connection technology；Power system

TM614；TM615

A

1004－7913（2016）03－0045－03

苗 蒙（1987—），男，學(xué)士，調(diào)度員，主要從事風(fēng)力發(fā)電工作。

2015－11－30）