对巴彦淖尔地区风力发电发展的思考
对巴彦淖尔地区风力发电发展的思考
摘 要 我们都知道能源是推动社会进步和人类赖以生存的物质基础。目前全球能源消耗速度逐年递增，大量能源的消耗，已带来十分严重的环境问题，如气候变暖、生态破坏、大气污染等，并且传统的能源储量有限，过度的开采利用将加速其耗竭的速度。风力发电作为一种绿色能源有着改善能源结构，经济环保等方面的优势，也是未来能源电力发展的一个趋势，但风力发电技术要具备与传统发电技术相当的竞争力，还存在一些问题有待解决，本文从风力发电对巴彦淖尔地区电网的影响入手，总结了风电网并入电网主要面临的一些技术问题，如风力发电场的规模问题，对电能质量的影响，对稳定性的影响，对保护装置的影响等；然后针对这些技术问题，综合比较了各国研究和工程技术人员在理论和实际运行方面的相关解决方案，指出各方案的优缺点，期待更加成熟的风力发电技术的形成，以建设我国具有自主产权的风电产业。
关键词 风力发电；电能质量；稳定性；解决方案
1 风力发电对电力系统的影响
巴彦淖尔地区是我国风力资源比较富集的地区，这几年加之国家政策的鼓励，风力发电在地区电网中的比例逐年增加，但地区电网网架结构较弱，风力发电对电网的影响变得越来越突出（地区风电装机情况见表1）。主要表现在这几个方面：风力发电场的规模问题，对电能质量的影响，对稳定性的影响，对保护装置的影响，对电网系统调峰影响的问题等。
1.1 风力发电场的规模问题
对于接入到大电网的风电场，其容量在电网总装机容量中占的比例很小，风电功率的注入对电网频率影响甚微，不是制约风电场规模的主要问题。然而，巴彦淖尔风能资源集中在乌拉特中旗和乌拉特后旗地区，这些地区人口稀少，负荷量小，电网结构相对薄弱，风电功率的注入改变了电网的潮流分布，甚至对巴彦淖尔地区电网的节点电压产生较大的影响，成为制约风电场规模的重要问题，限制了风电场接入系统的方式和规模。
另外风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况，风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。在现有的技术水平下风力发电还无法准确预报，因此风电基本上是不可调度的。从电网的角度看，并网运行的风电场相当于一个具有随机性的扰动源，对电网的可靠运行造成一定的影响。由此可见，确定一个给定电网最大能够承受的风电注入功率成为风电场规划设计阶段迫切需要解决的问题。
1.2 对电能质量的影响
风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波
动的，可能影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波以及周期性电压脉动等。电压波动和闪变是风力发电对电网电能质量的主要负面影响之
一。另外，风力发电机组与小容量电网并联时，风电场并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。还有，由于多家风电场的集中于一个变电站上网，导致入网变电站的系统电压严重越上限运行，对设备的安全稳定运行造成影响。作为风力入网的主要变电站文更220kV变电站，在风电机组停运时，由于220kV输电线路的充电无功率大，均已达到12Mvar，使得文更220kV变电站的220kV电压偏高，最高电压达244kV；加之该变电站负荷小无法消耗如此多的无功，导致电压长期越限运行。在风电机组发电时，由于风机自身发电需要吸收系统无功，这时文更变高电压运行得以缓解，但220kV最高电压也在239kV。
1.3 对稳定性的影响
风力发电通常接入到电网的末端，改变了配电网功率单向流动的特点，使潮流流向和分布发生改变。由于采用异步发电机，风电系统在向电网注入功率的同时需要从电网吸收大量的无功功率。因此，随着风电注入功率的增加，风电场附近局部电网的电压和联络线功率将会超出安全范围，严重时会导致电压崩溃。另一方面，随着地区风电上网装机负荷的不断增加，在系统中所占的比例也在不断增大，风电输出的不稳定性对电网的功率冲击效应也不断明显，对系统稳定性的影响就更加显著，严重情况下，将会使系统失去动态稳定性，导致整个系统的瓦解。
1.4 对保护装置的影响
由于风机的异步发电机在发生近距离三相短路故障时不能提供持续的故障电流，在不对称故障时提供的短路电流也非常有限。因此风电场保护的技术困难是如何根据有限的故障电流来检测故障的发生，使保护装置准确而快速的动作。
1.5对电网系统调峰影响的问题
风力发电机组由于其出力的不连续性及间歇性,无法为电网提供一个稳定的电力供应，增加了系统的调峰容量。内蒙古自治区蒙西电网是以火电装机为主的电网，巴彦淖尔电网是蒙西电网的重要组成部分，风电机组容量占全蒙西网装机容量的2.77%，调节性能较差，随着大规模风力发电机组的投产，将给蒙西电网的调峰带来更多的困难，如果过多地用火电机组来调节风力发电的电量峰谷，势必造成火电生产单位利益损失。所以，协调解决好风力发电对电网系统调峰影响成了摆在面前亟待解决的问题。
2 解决措施
2.1 风力发电场的规模问题
对于解决风力发电场的规模，主要是在地区电网中多增加500kV变电站以
及开闭站，通过使发电负荷从更高电网等级电网送出是解决这一问题的关键。
2.2 改善电能质量问题
通过改善地区电网结构，使负荷分配更加合理，地区电网建设要超前电源的建设
2.3 改善稳定性问题
通过在风电场装设静止无功补偿器，可以提供动态的电压支撑，改善系统的运行性能。将SVC 安装在风电场的出口，根据风电场接入点的电压偏差量来控制SVC补偿的无功功率，能够稳定风电场节点电压，降低风电功率波动对电网电压的影响。当发生故障后，SVC 的动态无功调节能力可以加快故障切除后风电场节点电压的恢复过程，改善系统的稳定性。
2.4 对保护装置影响的问题
目前通常的做法是按照终端变电站的方案进行配置和整定。主要依靠配电网的保护来切除网络的故障，然后由孤岛保护、低电压保护等措施来逐台切除风电机组，从而在故障期间断开风电场与系统的连接，而当故障清除后，控制风电场自动重新并网。但是对于今后有大量风电场接入配电网的情况，这种方法会降低系统的可靠性。
2.5对电网系统调峰影响的问题
主要在电网中多建设抽水蓄能发电站，将多余的风电转化为水能存储起来，减少风电上网的比例，从而降低了对电网系统调峰的影响，同时抽水蓄能电站也是对电网调峰的有利补充。
3 结论
巴彦淖尔作为我国风能资源丰富的地区应大力发展地区风力发电，因为风电作为一种绿色能源有着改善能源结构，经济环保等方面的优势，也是未来能源电力发展的一个趋势，但风力发电技术要具备与传统发电技术相当的竞争力，还需进一步改善其并网性能，降低风电并网对电力系统的运行带来的负面影响。
参考文献
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