風電場并網運行安全管理工作的創新應用

刁瑞軒

摘 要：近年來，國家高度重視生態文明建設，各行各業越來越注重環境的保護和資源的節約，為此，越來越多的企業開始使用風能發電方式，取代原有的化石燃料發電方式。并網運行的風電場越來越多，一方面，滿足了各行各業日益增長的風電能源需求，然而，另一方面，也帶來了一系列安全管理問題，需要行業內人員高度重視、迫切解決。本文分析了大規模風電場并網運行后給電網的造成的安全影響，并給出風電場在安全管理方面的創新建議，以期為行業內人員提供參考，做到風電場并網運行的安全、平穩運行。

關鍵詞：風電場;并網運行;安全管理;創新應用

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）06-0140-02

0 引言

受風力資源分布情況的限制，風電場一般建設于結構不夠穩定的電網末梢，加上風力資源本身的不確定性，導致使用風力資源發電時，不可避免地會出現一些問題，諸如風力發電不連續、不穩定。對于電網而言，需要滿足用戶對于穩定用電的需求，確保將安全性高、連續性好以及可靠性高的電傳輸到用戶手里，然而，風電場并網運行加大了電網穩定送電的難度。可見，需要盡可能減少風電場并網運行對電網送電的負面影響，比如影響電網的電壓穩定性、頻率穩定性以及電能質量等。本文主要從風電場并網運行對電力系統的影響，展開討論，以期為行業內人員提供參考，做到風電場并網運行的安全、平穩運行。

1 風電場并網運行的特點

根據風電場規模的大小，可以分為小型風電場和大型風電場。小型風電場對電網的影響相對較小，一般來說，小型風電場只影響電網的局部電壓穩定性;而大型風電場對電網的負面影響則不限于此，除了影響電網的局部電壓穩定性，還影響電能質量、頻率穩定性以及發電的經濟性等方面。可見，大規模風電場并網運行的安全管理工作更需引起重視。風能自身具有較為獨特的特點，導致利用風力資源發電本身就有一定的難度。特點如下[1]：

（1）風能的能量密度小，這就要求風力發電機的風輪尺寸需要達到一定的規格，給實際工作帶來了很多麻煩;（2）風能的穩定性差，受天氣條件、氣候條件的影響較大，具體來說，風能具有不確定性和間歇性，因風力情況以及風速、風向的不同，風能發電情況也隨之變化，導致風力發電機經常無法正常工作。為了得到較為穩定的風能，相關工作人員常常在風力發電機上安裝一些部件，用于調整獲取到的風的速度、方向，并同時裝有剎車裝備，控制是否繼續獲取風能資源;（3）風能無法有效儲存，這就要求風力發電機自需要持續工作，才有可能獲得盡量多的風力資源;（4）風電場對場地面積的要求較大，在實際應用中，考慮到經濟原因，風電場一般分布于風能資源較為豐富，且較為偏遠的郊區，一方面，滿足風能資源的可得性、豐富性;另一方面，盡可能地降低風力發電成本，保證風電場的經濟效益和社會效益。可見，風能資源自身存在諸多不確定性、不穩定性，若將風電系統提供的電能直接傳到電網中，將導致電網的不確定性、不穩定性，無法滿足用戶對于穩定用電的需求，難以確保將安全性高、連續性好以及可靠性高的電傳輸到用戶手里，反而，可能會給電網運行帶去安全隱患。

2 風電場并網運行的安全管理問題

2.1 影響電網正常調節控制

風能資源自身存在諸多不確定性、不穩定性，若將風電系統提供的電能直接傳到電網中，將導致電網的不確定性、不穩定性，具體表現為[2]：

（1）不同時段的輸出功率與電網情況不一致，比如，輸出功率相對較高的夜里，電網處于低峰期;而輸出功率相對較低的白天，尤其是午后，電網處于高峰期，這種不匹配的現象給電網帶來了不利影響，另外，最高的輸出功率和最低的輸出功率之間相差太多，進一步加劇了電網的不穩定性。（2）這種不穩定、高低值相差太多的輸出功率，導致風電場的調節能力很低，甚至幾乎沒有，種種不利因素，都加大了電網調節、控制的難度。而電網自身的調節、控制能力是有一定限度的，比如，在華東沿海地區，電網規模普遍較大，調節能力、控制能力也相對較強，但仍存在風電場并網運行帶來的安全管理問題。電力調度的任務往往分區管理，不同地區的電網情況各有不同，有些城市對于風力發電的需求較小，其他發電資源豐富，相應地，電網壓力較小;而有些城市非常依賴風力發電，相應地，電網壓力就很大;個別城市還需要接受來自其他地區的外來電，而外來電普遍存在調節、控制能力很差的弊端，這進一步加大了電網控制的難度。（3）隨著經濟的高速發展和城市化進程的加快，不同時段的輸出功率與電網情況不一致現象將日益嚴重，夜里的輸出功率將更高，電網處于更為明顯的低峰期;而白天尤其是午后的輸出功率將更高，電網將處于更為明顯的高峰期。

2.2 影響電網電壓的穩定性

由于風能資源本身存在一些不穩定性，比如，受天氣條件、氣候條件的影響較大，具體來說，風能具有不確定性和間歇性，因風力情況以及風速、風向的不同，風能發電情況也隨之變化，相應地，這導致風電場的輸出功率也不夠穩定，風電機組不得不經常在啟動與停止之間切換，產生的電壓也就隨之波動，大大影響了電網的電壓穩定性和傳出電能的質量。此外，我國各地的風電場規模普遍不大，尤其是土地價格很高的大城市，比如上海，風電場規模很小，小型風電場對電網的影響相對較小，一般來說，小型風電場只影響電網的局部電壓穩定性;隨著各行各業越來越注重環境的保護和資源的節約，為此，越來越多的企業開始使用風能發電方式，取代原有的化石燃料發電方式，可見，大型并網運行的風電場將越來越多，而大型風電場對電網的負面影響則不限于此，除了影響電網的局部電壓穩定性，還影響電能質量、頻率穩定性以及發電的經濟性等方面。

2.3 影響電網的穩定性

受風力資源分布情況的限制，風電場一般建設于結構不夠穩定的電網末梢，原有的電網功率單向流動方式被改變，相應地，潮流的流向和分布情況也隨之改變，這與原有的電網規劃相矛盾，當風力發電機組的注入功率持續加大時，風電場附近的電網就會受到影響，在一定程度上影響了電網的穩定性和安全性，加上風力資源本身的不確定性，導致使用風力資源發電時，不可避免地會出現一些問題，嚴重時甚至導致電網崩潰，留下安全隱患。

2.4 影響電網電能的質量

近年來，越來越多的風電場并網運行，一方面，確實滿足了各行各業日益增長的風電能源需求，然而，另一方面，也降低了電網電能的質量，造成這種現象的原因主要是風能資源自身的不穩定性，以及風電機組自身的運行特點，導致輸出功率出現波動，進而影響電網電能的質量，表現為電壓波動、發生閃變或諧波情況，以及出現電壓偏差等[3]。風力發電機組的并網運行，使其在啟動時會產生很大的沖擊電流，當風速過大，或者風向不合適時，風力發電機將自動退出，暫停發電。若只有個別風力發電機組出現這種情況，那么，對整個電網的影響不是非常明顯;然而，若大量風力發電機組出現這種情況，那么，對整個電網的影響將非常明顯，嚴重影響了平穩供電以及供電的電能質量。事實上，及時風力發電機能夠保持正常運作，也可能影響電網電能的質量，表現為電壓波動、發生閃變或諧波情況，以及出現電壓偏差等，這是風電場并網運行安全管理工作急需解決的問題。

3 風電場并網運行的安全管理創新措施

3.1 制定崗位責任制和故障處理機制

制定崗位責任制和故障處理機制是提高風電場并網運行安全管理效率的重要舉措，以保障工作人員的生命安全，延長風力發電設備的使用壽命，具體而言，可以從以下幾個方面入手[4]：

（1）要求相關工作人員做好風力發電設備的檢查、維修和保護工作，制定詳細的維護方案，并認真記錄每一次檢修過程，尤其是變壓器、互感器等重要器件，保障設備的良好運行，避免留下安全隱患，同時，還應該注意對變壓器和斷路器的檢修，主要指檢查它們的保護設施是否到位。（2）需要事先制定電氣設備故障的應對方案，確保故障發生后，能夠對其第一時間進行排查和處理，避免耽誤不必要的時間，引發嚴重的安全事故。（3）需要風電場相關領導班子組織制定崗位責任制和故障處理機制，要求相關工作人員（如設備檢修人員和設備操作人員）增強檢修意識和安全意識，認真學習專業技能，增強處理電氣設備故障和應對突發情況的能力，從根本上保障工作人員的生命安全，延長風力發電設備的使用壽命。

3.2 定期組織風電場工作人員參與培訓

為了幫助風電場工作人員增強檢修意識和安全意識，認真學習專業技能，增強處理電氣設備故障和應對突發情況的能力，需要定期組織培訓會，尤其是重視風電場并網運行安全管理工作相關的培訓，保障安全管理人員能夠熟知相關知識，增強實踐技能，保障風電場電氣設備的正常運作。提前了解工作人員的身體狀況，對于不適合在高空作業的人員，應當給其安排地面上的工作，保障工作人員的生命安全[5]。

3.3 提高風電場管理人員的綜合素質

目前，我國風電場管理人員的綜合素質普遍不高，專業技術水平參差不齊。造成這種現象的原因是，我國風電場的管理人員多從技術院校畢業，或者是復原的軍人，文化程度普遍不高，他們本身并沒有接受過風電場安全管理方面的系統培訓，也就意識不到對風電場工作人員開展安全培訓會的重要性，風電場的管理人員自己都不了解風電場安全管理知識，更是組織不好工作人員的培訓工作，給風電場并網運行的安全管理工作帶來了一些安全隱患。值得欣慰的是，隨著我國風電場的快速發展，在技術上和安全工作上，對風電場相關單位提出了更高的要求，意味著未來風電場相關單位將走向更為專業化的管理方向，風電場管理人員和風電場工作人員的綜合素質、安全意識、專業知識以及實踐技能，也將得到進一步的提高和增強，未來風電場并網運行的安全管理工作也將越來越規范。

4 結語

本文介紹了風能資源自身的不穩定性，分析了風電場并網運行的安全管理問題，諸如影響電網正常調節控制、影響電網電壓的穩定性、影響電網的穩定性以及影響電網電能的質量等，討論了風電場并網運行的安全管理創新措施，如制定崗位責任制和故障處理機制，定期組織風電場工作人員參與培訓和提高風電場管理人員的綜合素質等，認真學習專業技能，增強處理電氣設備故障和應對突發情況的能力，從根本上保障工作人員的生命安全，延長風力發電設備的使用壽命。

參考文獻

[1] 劉峻岐.馬頭灘風電場并網控制系統設計與應用[D].北京：華北電力大學，2016.

[2] 張琦.風電并網條件下供電系統安全管理探究[J].科學中國人，2017（24）：128.

[3] 柳鑫.雙饋型風電場并網運行的故障特性分析及保護策略研究[D].成都：西南交通大學，2016.

[4] 李永清.風電場并網運行電壓穩定控制方法研究[J].電子世界，2017（24）：145.

[5] 錢琪琪.應用于風電場的儲能系統綜合評估研究[D].北京：華北電力大學，2016.