大規模風電并網條件下的電力系統調度探析

趙林果

（國網陜西省電力公司延安供電公司，陜西 延安 716000）

隨著風電的大規模建設，電網需要面臨大規模風電并網的問題，由于風電接入電力系統后會產生比較大的波動，導致電網也會出現產生巨大的不穩定，因此，要采用有效措施，降低風電的影響。

1 風能的優勢和不足

風能是一種全新的清潔能源，擁有巨大的儲量，有著巨大的應用前景。但是，由于風能的各種特點，導致風能的應用存在很大的問題，尤其是缺少基中性和可操作性，并且風能的穩定性上也有很大不足。在風電并入主干電網時，風電的不穩定性就會對電網產生巨大的影響。

（1）缺少穩定性。風力是有明顯不可預測性的，無論是風力的大小、方向，以及能否起風都很難預測，從而使得風能發電也并不能像火力等傳統發電方式能夠進行有效地控制，所以，風能發電都有隨機性、間歇性的特點。這就導致風電的質量較差，無論是頻率、電壓，都難以保持穩定的狀態。

（2）風能無法儲存。風能并不能像其他發電形式那樣儲存，因為風能發電只能在有風的天氣中進行，并不能像水電和火電一樣儲存起來。為了避免因為風能發電的間歇性導致對電網的影響，一般會給發電機組安裝儲能設備，于是，增加了風能發電的成本。

（3）電廠的位置相對偏遠。我國絕大多數風電場都在西北、華北和東北地區，這些地區擁有十分豐富的風能資源，有較好的風力發電前景，但風能發電場所所在的地理位置和其他的發電廠相對比較偏遠。所以，在風能并網時，需要較大的投資。

2 風電的大規模并網影響

2.1 影響電力系統的穩定性

風電本身就有不穩定的特點，因此，風電并網后也會影響主電網，使其變得同樣不穩定。風能發電的運轉都屬于無功輸出的功率，在并網后會導致主電網的電壓降低。為此，一般會在風電接入電網之前，專門針對性地對電網進行調整，保證電網能夠承受因為風電并網所帶來的的波動，做好對風電輸入網功率比例的管控，從而確保并網后主網可以安全穩定運行。對于風力發電輸出質量，其最大的質量問題在于電壓存在波動和閃變，出現這種情況主要來自風力資源的不穩定。風力發電機組屬于被動運行，在運行方式上存在明顯的局限，其發電質量會完全隨著風的變化而變化。即便在機組的運行狀態正常，由于風速和風向都會改變風電機組的功率輸出，而且這些外界條件都不會受到人為因素影響，因此，風電中的波動和閃變都是長期存在的。同時，風電機組啟動后，會瞬間產生極高的電流，馬上會對電網產生非常大的沖擊，之后，由于局部沖擊，就會造成電網的電壓下跌。而如果風電機組發電有大幅度的波動或者閃變，也容易導致接入點位置的短路等問題。為了解決這些問題，一些電網專門采取了軟著陸的方式解決風電系統的波動問題。而風電機組也會限制風機轉動速度，如果風力過大，導致超過了風電機組能夠承受的最大風速，風力發電機組就會停轉或者限制轉速。但如果所有發電機組都因為風速過大而停轉，將會直接導致局部供電網絡的穩定性受到極大的影響。

風電機組在發電時也會產生諧波，同樣會嚴重影響主電網的穩定性。諧波的產生方式可以概括為兩種。首先，使用恒轉風電機組，在軟啟動時會產生短促的諧波，但是，這種短波由于持續時間非常短，因此，能導致的影響是可以忽略的。另一種是使用變速機組，在接入電網的瞬間會產生諧波。由于變速機組在接入電網的過程中，會使用整流裝置和逆變裝置，假如在發電過程中未能做好對電子裝置切換頻率的控制，就容易出現放電機組同時補充電容時和電網的主電路出現諧振，于是，會產生幅度極大的諧波，會嚴重影響電網的穩定性。

2.2 影響發電供電計劃

電網的發電供電計劃都建立在可預測的條件下，但是，由于風電具有明顯的不可預測性，大規模并網后會導致電網的情況也會有明顯的不可預測性。所以，風電大規模并網后會影響電網的發電供電計劃，電網需要針對風電可能出現的波動來進行調整，造成發電和供電計劃制定的困難。目前，會結合氣象圖、天氣預告來對風電的發電情況作出預測，計算風能發電的供電曲線，然后，再進行整個電網調度工作的調整，以便能有效應對風電所產生的波動。同時，也要做好對風電波動承載量的計劃，還要為發生計劃外的波動做好相應準備，并且時刻做好對風電機組、主電網等環節的監測工作，調度中心做好數據的校正，并發布計劃給相關電廠作出調整和控制，確保發電的穩定性。

2.3 影響電網設備的容量分配

如果風電的功率變化能夠和電網的負荷變化相一致，那么，風電就能自動地進行調峰，大規模并網后能夠保證電網的穩定。但是，風電的功率波動也有可能和電網的負荷相反，這就會加重電網調峰的困難性。為此，電網需要針對風電分配容量，將一部分調峰容量用于承載風電的波動。如果電網的容量不足，并能應付風電的波動，此時，就要限制風電的注入率，不利于大規模并網的實現。更重要的是，由于風電具有明顯的隨機特點，因此，理論上波動會極大，完全超出電網的調控能力。所以，在并網后，系統要保證足夠的容量，確保安全可靠運行。

3 風電場大規模并網下調整策略

3.1 提升電能的質量

很多補償裝置都擁有提升點能質量的功能，可以有效控制風能發電過程中出現的電壓波動和閃變問題。目前，常用的設備包括SVC有緣濾波器、動態電壓恢復器等。從理論上講，電壓對閃變所導致的危害是有決定性作用的；電壓波動主要與電網負荷量的變化和短路容量有關。如果電網短路容量是一定的，那么，如果電網中無功負荷存在劇烈的波動，就很容易導致閃變的出現，從而對電網的穩定性造成進一步的破壞。因此，為了能夠對閃變進行有效的控制，就需要控制電壓，所以，目前，方法是通過安裝無功補償裝置，避免電網出現過于嚴重的波動，達到從源頭上抑制閃變出現的目的。目前的APF設備使用了電子技術和信號處理技術，能夠進行十分全面的諧波治理，設備自身就能夠產生電網諧波和極性相反的電流，所產生的諧波可以達到低效諧波干擾的目的。還可以使用DVR技術，如果電網發生電壓跌落的情況，就會迅速做出反應補償電壓，所以在風電產生波動或者閃變，也能馬上做出補償，保證電網的穩定。

3.2 改善風力發電廠規模

在風電大規模并網的背景下，電網必然會受到風電的影響。加入發風電并沒有占據較大的比例，或者風電機組注入的功率很小，則電網能承受風電所帶來的不穩定，風電并不會制約電網的發展。但實際情況中，風電是大規模并入電網的，而且，風電相對發達的地區往往人口稀少，所以，電網的結構本身會比較薄弱，導致風電會占據電網較大的比例，從而導致電網潮流分布改變，以及改變電網的節點電壓，無論是波動還是閃變，都會對當地的電網產生極大的作用。同時，風速甚至會導致風電機組停止發電，進一步提升了調度的難度。

雖然目前利用氣相、超級計算機能夠對天氣作出一定的預測，但是，依然不能滿足電網調度的要求，導致風電大規模并網之后，仍然會對電網有極大的干擾，而且難以控制。因此，可以采取控制風力發電廠規模的方法，降低風電對主電網的最大注入率，并在未來的建設中不斷改良主電網的建設，提升主電網對風電波動的控制和承受能力，保證電網的穩定。

4 結語

風電作為一種綠色能源，擁有著經濟、環保的特點和優勢，但是，風電本身也具有明顯的劣勢，包括不受控制、不穩定等等。在未來，風電會成為一個擁有明顯競爭力的發電方式，但是，因為風電的不穩定還需要繼續進行改良，電網需要做好調度工作，并且采用合理的技術有效抑制風電的波動和閃變，降低負面影響，推動電力行業的長遠發展。