宋媛媛

(太原理工大學(xué))

摘要: 近米，綠色環(huán)保、節(jié)能減排是人們關(guān)注的熱點(diǎn)話題，風(fēng)能是一種常見(jiàn)的清潔型能源，隨著環(huán)保事業(yè)的推進(jìn)，風(fēng)力發(fā)電也在逐漸增多。在風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中，電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行安全備受關(guān)注。本文主要就風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響進(jìn)行了相關(guān)的探討與分析。

關(guān)鍵詞: 風(fēng)力發(fā)電;電網(wǎng)運(yùn)行;影響分析

隨著我國(guó)能源利用率的提升，風(fēng)力發(fā)電在不斷的進(jìn)步與發(fā)展。較之發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)起步較晚，所以相對(duì)落后。不過(guò)，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升，我國(guó)對(duì)國(guó)外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了積極的借鑒和分析，并且總結(jié)出了屬于自己的發(fā)電技術(shù)

，從而促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的快速發(fā)展。隨著風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的日益擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電的容量也在不斷的增加，常規(guī)的電源控制電網(wǎng)已經(jīng)無(wú)法保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行，所以需要采取新和影響。新的技術(shù)。本文就此作出了分析，闡述了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的作用和影響。

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類(lèi)型

風(fēng)力發(fā)電的機(jī)組類(lèi)型較為常見(jiàn)的有三種，分別是:異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)是國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的發(fā)電機(jī)型，在風(fēng)力發(fā)電中應(yīng)用廣泛，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全等優(yōu)點(diǎn)，其為定速恒頻機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中，轉(zhuǎn)速通常不會(huì)發(fā)生改變，在風(fēng)能轉(zhuǎn)換狀態(tài)良好的情況下，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行機(jī)率較小，所以發(fā)電能力不高。不僅如此，其需要在電力系統(tǒng)中獲取無(wú)功功率。為了滿足電網(wǎng)的運(yùn)行要求，采用相應(yīng)的補(bǔ)償策略是必不可少的通常會(huì)在機(jī)端并聯(lián)補(bǔ)償電容器;雙饋異步發(fā)電法普遍應(yīng)用在兆瓦級(jí)的發(fā)電機(jī)之中，是世界范圍內(nèi)，最常用的機(jī)型。由于風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行速度不是恒定的，且能夠在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而在很大程度上優(yōu)化了風(fēng)機(jī)風(fēng)能，使系統(tǒng)運(yùn)行效率得到有效提升。不僅如此，該發(fā)電機(jī)的功率輸出較為平滑，連接簡(jiǎn)便，不需要無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的輔助，能夠在一定范圍內(nèi)進(jìn)行功率的調(diào)節(jié);在大型風(fēng)機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中，齒輪箱往往是最容易出現(xiàn)故障的部件。如果選用無(wú)齒輪箱的機(jī)構(gòu)，就能有效避免齒輪箱故障問(wèn)題，從而提升電機(jī)組的可靠性和運(yùn)行效率，減少電機(jī)組負(fù)荷，提升電機(jī)組的使用壽命，也在一定程度上降低了風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行成本。不過(guò)，與前兩種機(jī)型相比，這種機(jī)組需要對(duì)諧波問(wèn)題進(jìn)行考慮和治理。

二、風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)的方式

常見(jiàn)的風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)的方式主要有分散接入和集中接入兩種。接入方式的選擇要考慮多方面的因素，如開(kāi)發(fā)地規(guī)模等等。通常來(lái)說(shuō)，規(guī)模小且距離風(fēng)電場(chǎng)較近，能夠進(jìn)行就地消納的風(fēng)力發(fā)電廠通常會(huì)援用分散式接入電網(wǎng)的方式，接入的電壓分別是10/35kV電源采用分布式接入，系統(tǒng)容量小，所以電網(wǎng)運(yùn)行相對(duì)安全。反之，風(fēng)力發(fā)電的開(kāi)發(fā)規(guī)模較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)就地消納，就要選用集中接入的方式。采用這種方式的接入等級(jí)普遍較高，且需要進(jìn)行長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，所以在總體比重之中，裝機(jī)容量占據(jù)了很大一部分，如果某個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生問(wèn)題，那么很有可能出現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行安全問(wèn)題，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的降低。

三、風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響

(一)電壓閃變

常見(jiàn)的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)方式為軟并網(wǎng)，盡管采用軟并網(wǎng)方式，啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流仍然沒(méi)有明顯的環(huán)節(jié)。如果風(fēng)速過(guò)大，超出切出風(fēng)速，則風(fēng)機(jī)會(huì)推出額定出力狀態(tài)。如果風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行動(dòng)作相同，這種沖擊會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的影響。不僅如此，風(fēng)速和塔影效應(yīng)都會(huì)嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)處理的穩(wěn)定性，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出力產(chǎn)生波動(dòng)，從而帶來(lái)電壓閃變的問(wèn)題，不僅影響輸電質(zhì)量，還在很大程度上影響電網(wǎng)的運(yùn)行安全。

(二)諧波污染

產(chǎn)生諧波污染的原因有兩種:一種是發(fā)電子自帶電力電子裝置，從而導(dǎo)致諧波問(wèn)題。如果采用與電網(wǎng)直接相連的恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，則在軟啟動(dòng)階段，電網(wǎng)和電子裝置相連，從而產(chǎn)生諧波，但是諧波的出現(xiàn)過(guò)程短暫，頻率較低，所以影響不大。如果采用變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于該發(fā)電機(jī)主要運(yùn)用整流裝置和逆變裝置接入電網(wǎng)系統(tǒng)，所以電力電子裝置的切換頻率在諧波范圍之內(nèi)，從而導(dǎo)致十分嚴(yán)重的諧波問(wèn)題。然而，電力電子器件在逐步創(chuàng)新與改進(jìn)，諧波問(wèn)題的影響正在不斷減小。另一種污染原因是并聯(lián)補(bǔ)償電容器與線路電抗產(chǎn)生諧振。在風(fēng)力發(fā)電實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，在風(fēng)力發(fā)電廠出口位置，變壓器的低壓方向出現(xiàn)了大量諧波。雖然諧波問(wèn)題比較常見(jiàn)，但是與電壓閃變想必，諧波污染比較容易解決，且影響不大。

(三)電壓穩(wěn)定性

在大規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)的范圍內(nèi)，電壓波動(dòng)相對(duì)較大，且波動(dòng)頻繁。產(chǎn)生這種問(wèn)題的情況主要有三個(gè)方面:首先，機(jī)組啟動(dòng)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大量沖擊電流，單臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)雖然不會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊，但是沖擊時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng);其次，如果采用多臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)，很有可能導(dǎo)致電壓驟然下降，影響電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。所以，在使用多臺(tái)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)時(shí)，一定要對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行分組，并且并網(wǎng)工作要有一定的時(shí)間間隔。如果風(fēng)速過(guò)大或者產(chǎn)生故障，發(fā)電機(jī)組會(huì)自動(dòng)推出并網(wǎng)狀態(tài)，從而導(dǎo)致電壓突降。如果機(jī)組數(shù)量較多，則電容補(bǔ)償會(huì)導(dǎo)致脫網(wǎng)前的運(yùn)行電壓增加，從而使電壓下降問(wèn)題更加嚴(yán)重;最后，風(fēng)速的變化也會(huì)影響電壓穩(wěn)定性，導(dǎo)致電壓波動(dòng)。如果平均風(fēng)速加大，則有功功率會(huì)隨之增加，母線電壓就會(huì)先降低、再升高。這主要是由于，在輸入功率小的情況下，電壓升數(shù)值相對(duì)較小，從而引發(fā)的電壓降大。如果風(fēng)場(chǎng)輸入功率加大，則電壓升數(shù)值就會(huì)隨之加大，電壓降增加會(huì)相對(duì)較小。此外，考慮到電容補(bǔ)償，電場(chǎng)電壓也會(huì)增加。尤其是等值阻抗大的情況下，風(fēng)速變動(dòng)對(duì)電壓的影響就會(huì)更加明顯。研究表明，采用電力電子裝置能夠有效降低電壓波動(dòng)，提升電壓穩(wěn)定性。如，在并網(wǎng)的過(guò)程中，風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組端如果能夠在瞬間無(wú)功，則啟動(dòng)電流會(huì)隨之降低，電網(wǎng)受到的沖擊也會(huì)變小。不僅如此，采用異步發(fā)電機(jī)時(shí)一定要采取恰當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，避免大面積的電壓崩潰，從而嚴(yán)重影響電網(wǎng)的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量。

(四)無(wú)功控制、有功調(diào)節(jié)

異步發(fā)電機(jī)是大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中的常見(jiàn)機(jī)組，在并網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，這種機(jī)組需要吸收電網(wǎng)的無(wú)功功率從而增加運(yùn)行負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致小型電網(wǎng)的穩(wěn)定性受到影響。所以，在匹配相應(yīng)的電容器組是必不可少的，通過(guò)電容器組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的改進(jìn)與提升，并且減少無(wú)功功率的消耗，有效控制成本。由于控制環(huán)節(jié)的增加，該機(jī)組增加了許多有優(yōu)點(diǎn)。如，能夠?qū)o(wú)功功率加以控制、可以完成有功和無(wú)功功率的解耦控制等等。該發(fā)電機(jī)能夠?qū)D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加以控制，也可以對(duì)力矩加以控制。不僅如此，變頻器通過(guò)d軸分量實(shí)現(xiàn)有功功率的控制，以及轉(zhuǎn)子側(cè)與電網(wǎng)側(cè)變頻器之間的有功交換。結(jié)語(yǔ)綜上所述，風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)常見(jiàn)的發(fā)電方式之一，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步與發(fā)展，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在逐漸成熟，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模日益擴(kuò)大。近幾年，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為新能源發(fā)電發(fā)電的主要模式。盡管如此，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)仍然有待提升，要充分考慮風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響。影響并網(wǎng)的原因有很多，如發(fā)電機(jī)、電場(chǎng)規(guī)模、電場(chǎng)規(guī)劃等等。解決這些問(wèn)題要從根本入手，改善硬件設(shè)施，調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷能力和平衡能力，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的有效提升。

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