分散式接入風電安全問題探討

李 欣 蒙均俊

1.國家電投集團廣西電力有限公司靈川風電有限公司 廣西 靈川 541200

2.國家電投集團廣西長洲水電開發有限公司 廣西 梧州 543000

1 引言

我國早在2009年就提出了分散并網風電的概念,但與集中風電相比,發展非常緩慢。隨著風電集中發展條件日益嚴格,部分地區風電限購限電形勢嚴峻,2020年風電價格低的電網越來越近,風電分散接入再次進入人們的視野。我國于2017年發布的《關于加快分散式并網風電項目建設的通知》明確說明了優化風電布局,更好的建設分散風電網項目不斷提高分散式風能的利用率。今年風電平價上網,新能源價格補貼供不應求,電力市場化交易,風電集中開發條件日趨嚴格,部分地區風電限購限電現象嚴重,實行風電分散接入能否成為我國風電發展的最佳選擇。

2 分散式風電發電形式及優點

分散式風力發電的形式一般采用風力發電、太陽能發電、柴油發電等多種聯合發電系統,即“風電”、“風油”、“風油”互補發電。這些系統是近年來發展起來的,特別是風能和太陽能等新型能源互不系統將是未來一段時間能源發展的主要方向。在時間和空間的分布上風能和太陽能實現互補,這種“風-太陽能互補”式的供電方式能夠實現在資源上具有最佳匹配。新型的分散式發電模式有著前期投資較少、有多種接線方式、需要用地面積小等優點,能夠在山區、高原等環境復雜的地區架設,并通過電池收集風力發出的電,之后將其轉換為交流電通過逆變器供向用戶。在一些山區等偏遠地區由于近幾年生活水平的提高,其用電量急劇增加,可以就地架設風電減少配電設備擴建的成本。而對于用電量本就很大的中心城區,分散式風電可以減緩一定的用電壓力,節省配電線投資。通過優化分布式風電的位置和容量,可以顯著降低線損,改善網端電能質量。充分利用風能等可再生能源,減少了對一、二次能源的依賴,也減少了有害物質的排放和環境保護的壓力。

3 現階段分散式風電存在的安全問題

3.1 對配電網供電保護的安全問題 在分散式風電系統接入配電系統后,對配電網絡產生的影響主要體現在以下幾個方面:(1)影響繼電保護裝置的靈敏程度。分散式風電電源的故障電流通常會降低流過饋線繼電器的電流,造成繼電保護裝置無法進行工作,使繼電保護裝置無法第一時間發揮作用。不同類型和數量的分布式發電將減少或增加配電網故障的頻率,大容量分布式發電故障會造成故障電流發生較大影響,一旦發生事故跳閘,不能及時做到終止或者與電網斷連。

3.2 對地區電網電壓運行穩定性產生影響 要保證供電質量,就必須讓電壓保持在合理的范圍之內,由于配電系統電壓調節是依靠變電站到用戶的潮流為基礎的。但是,當分布式電源接入到電網之后,配電系統從放射狀結構向多源結構轉變,造成潮流的大小和方向產生較大變化,所以這就會使電力系統某些部位電壓產生變化。除此之外,分布式風電會造成系統電壓損耗的變化,所以需要合理的配合接入點。并網點和容量將決定分布式風電的運行策略,對系統可靠性造成影響。因此,第一步對區域內電網潮流進行計算,對系統電壓和損耗進行深入分析,明確每一個接入點的大小和容量。通過對變壓器接頭和投切集中補償裝置的調整對區域電網進行調整來改變系統的電壓分布,從而提高系統終端變電站的母線電壓,使用戶電壓達到一定的標準。因為風電本身具有一定的波動性和隨機性,分布式電網帶來的波動對電壓調整的新影響較小。

3.3 對地區電網電能質產生影響造成安全隱患 由于分布式風電與負荷中心距離較近,風電機組會根據風電機組自身的特點產生一些諧波,造成電壓的閃變。這就需要我們通過分析周邊負荷對電能質量的適應性,對分散式風電接入網點的質量進行檢測,按照相關標準對風機每種運行狀態的接線點進行計算電壓閃變結果見表1。

表1 電壓閃變值

A變電站 0.045 0,O21 0.030 B變電站 0.050 0.020 0.032 C變電站 0.080 0.017 0.060 D變電站 0.042 0.022 0.058

經計算分析,均符合國際標準,而且其隨著風電裝機容量的逐漸增大,閃變值逐漸增加。

3.4 對地區電網繼電保護產生影響 分布式風電接入配電網之后,一旦發生斷路就會產生短路電流,短路電流的大小與和風電裝機容量、接線位置和故障部位有關,并且產生的電流對繼電器保護的靈敏度有極大的影響,極有可能出現誤動或拒動現象。如果線路變電所線路的某一點發生故障,故障線路保護所感受到的電流由系統和風電提供,有利于使原保護更加靈敏。但是,當風電容量足夠大時,斷路器的保護范圍將會產生一定程度的擴大,繼電器同時選擇兩種保護動作,繼電保護失去選擇性。

3.5 對地區負荷預測的影響 分散式風電具有較強的靈活性,如果滿足風況要求可以選擇較近的區域電網進行接入,滿足相關要求的同時減少投資。但是由于風電的基本特點,風電不斷變化,風力發電可以等效于區域電網的負荷。但是由于風電的波動性,區域負荷預測精度會不斷降低,若分散式風電占比較大時,對區域發電規劃預測會產生較大影響,不利于規劃。

3.6 對地區電網規劃的影響 分布式風電并網將使區域電網的負荷預測、規劃和運行比以往更加不確定。大量配電網用戶安裝分布式風電為其提供電力,這使得配電網規劃人員很難準確預測負荷增長,從而影響規劃。若發電機存在較多節點,就會給尋找最優網絡布局的工作帶來較多的困難。對部分有安裝風力發電規劃的企業來說,就造成現有系統安全和質量水平的配電網公司之間產生矛盾。要想整個系統能夠高效穩定的運行,就必須實現對分布式風電的實時調度,想要達到這一目的,就要使用電子設備對分布式風機組進行調節,并且實現對電網從被動向主動管理(電壓調節、保護策略、干擾和接口問題)的轉變。

4 分散式接入風電安全方面應注重的對策措施

4.1 并網方面的對策措施 (1)根據《國家能源局關于印發〈分散式風電項目開發建設指導意見〉的通知》(國能能[2011]374號)要求,小型分散式風電項目可以不建立風電預測預報系統。建議根據當地電網運行需要,與地方電網企業合作,建立覆蓋當地的統一電力預測預報系統,由電網企業牽頭建立地方電力預測預報系統,榆次同時相關項目單位做好配合工作。(2)在進行分散式風電并網過程中需要并網站設有容量符合要求的動態補償裝置,裝置通過恒壓方式進行調節,防止分布式風電并網區域由于風力發電產生較大的電壓波動。當接入電站的無功補償容量不能滿足要求時,工程本身需要考慮配置一定容量的無功補償裝置。(3)電能質量在線監測裝置安裝在分布式風電并網點,可實時監測風電機組各種運行工況下在線電能質量;當裝機容量不斷加大之后需要根據國家規范要求進行消諧裝置的設置。。

4.2 安全管理方面的對策措施 分散式風電接入有兩種管理模式。(1)輻射分散工程區域監測中心建設。將各項目運行維護工作進行統一管理和調度,實現電網與變電站的密切配合,嚴格執行制定的規章制度,確保運行安全、電網安全和設備設施安全對運行維護過程進行協調。(2)分散開發,統一運維。如果有區域存在一些常規的風電場升壓站的企業,可在附近的變電站設置分布式風電場風電機組集中監測設備,通過實時通訊的方式集中監測管理發電機組和箱式變電站。(3)委托運行維護。由于現階段分散式風電規模都不大,且沒有設立獨立的升壓站,如果組建隊伍對其進行單獨運維成本會非常高,所以在實際工作過程中根據不同項目進行比較和選擇(2)與當地電網的業務合作。分布式風電場不設值班人員,只設置風電機組和線路的運行維護人員,在區域監控中心設置調度值班人員和相應的管理人員,負責向調度員報告用電數據,接收和傳遞調度指令,簽發工作票,申請停電輸電。

5 結語

未來,分布式風力發電必將得到更加廣泛的關注,未來幾年的發展趨勢將是多個配電網點接入同一配電網,進行統一調度,提升峰值功率,提高供電的穩定性和可靠性。雖然我國目前的情況是風電模式或傳統的集中并網模式,但風電并網的發展方向將是分散式風電并網模式。針對分布式風電并網運行所帶來的各種問題,對分散式風電的優缺點并對分散式風電可能帶來的安全問題進行分析,提出一定的預防措施,為今后分散式風電的建設提供一定借鑒意義。