关键词:风力发电;风电并网;电力系统
引言:风作为风力发电机的原动力,其具有着随机波动性以及间歇性,这就使得风力发电机的输出具有了波动和间歇的特性。本文探讨分析了风电并网后给电力系统带来的一些影响,从而为制定风电管理方法提供有价值的参考和依据。
一、风力发电机的类型
风力机是风力发电设备中重要的设备,它是由风轮与发电机两部分构成,风轮转动是由风能带动的,然后将其转化为机械转矩,最后,机械转矩由发电机系统转化为电能。风力机是一个较为复杂的系统,它是由多种学科的知识组合而成,主要包括空气动力学、电力工程以及控制工程等。
前些年所使用的风力发电机大多是恒速型风力发电机,这种发电机能直接相连配电网的异步机。其优点是装机规模小,而且设计较为简单,其外形质量结实,使用年限较长;其缺点是,不能对有功或是无功功率的输出进行控制,输出功率有较大的波动。宇恒塑形风力发电机相比较而言,变速型风力发电机电能的产出率要更高一些,而且对机械负荷的损失也比较小,功率输出时波动不会太大,不但能够控制有功或是无功功率,而且控制范围很广,更加符合并网的要求。现阶段通常使用的变速型风力发电机有两种,一种是直驱型变速同步风力发电机,它主要是通过电力电子装置连接电网;另一种是双馈型变速异步风力发电机。
二、风电并网对电力系统调度运行的影响
1.潮流与网损的影响
在电力系统中,发电厂通常是接在输电网上,负荷是与配电网直接相连的,电能的方向是从输电网流向配电网。通常输电网的结构是环状,电压的等级高,网络损耗较小;如果将风电场接入到配电网上,对于输电网向该地区输送的电力能够得到有效的减少,同时,电网的输电能力也得到了有效的缓解,对电力系统的网损也会有所降低。
关于潮流问题,主要的研究热点在于风电场的模型。P-Q模型是最简单的,一句风电场的有功功率及功率因数,对风电场吸收的无功功率进行估算,然后作为一个普通的负荷节点,加入潮流程序。还有部分学者建立R-X模型,将感应电机的滑差表示成端电压、有功功率和等值支路阻抗的函数,给定初始滑差和风速,依据风机的电功率和机械功率之间的差值来修正滑差,反复迭代,直至收敛。
2.电能质量的影响
风电机组的输出功率,由于风资源的不确定性以及风电机组本身的运行特性,而导致其出现波动现象,同时,会对电网的电能质量产生一定的影响,例如电压偏差、谐波、波动、闪变等。影响风力发电电压产生这些现象的因素有很多:在启动或是停止并网风电机组,与发电机切换的过程中,会有电压的波动与闪变出现;同时,风电机组所产生的电压闪变以及波动会跟随风速的加大而不断的增大。风电给系统带来谐波的路径主要有两方面:一方面风力发电机自身配备的电力电子装置可能有谐波现象产生;另一方面,风力发电机的并联补偿电容器,与线路电抗有可能产生谐振现象。
3.系统稳定性的影响
风电并网所引起的稳定性问题,主要是电压稳定问题。风速大小影响着风力发电出力的变化,风电场的建设通常受风能资源分布的限制,多数都是在电网的末端建设,这样网架的结构就会变得相对薄弱,所以,在风电并网运行的过程中,电压质量以及电网的电压稳定性就会直接受到严重的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆与此同时,大型风电场所采用的风力发电机通常都是异步发电机,这种发电机在并网运行时,会吸收电力系统中大量的无功功率,电网的无功负担就会相应增加,还会引起小型电网电压失去稳定性的可能。因此,风力发电机端通常会配备有电容器组,来进行无功补偿,进而使电网运行质量得以提高,使成本能够有所降低。
4.电网频率的影响
风电厂对系统频率的影响,主要在于风电场容量在系统总容量中的比例多少,在国内,跨区的电网互联的形势下,电网规模以及覆盖范围越来越广,电厂并入系统中,风电厂的容量在电网的总容量中占有的比例极少,对电网频率产生极小的影响。但是,考虑到风电可能会并入到小而且孤立的电力系统,一旦没有风电出力,经过常规机组反复调频后,系统的频率就会有所降低,很有可能超出允许的频率偏差范围,这个时候应该考虑增加常规机组的旋转备用。
5.继电保护的影响
异步发电机在近距离发生三相短路故障时,持续的故障电流无法提供,在不对称故障时,短路电流的提供也极为有限。因此,风电场保护技术的难点,在于怎样依据有限的故障电流,来检测故障的发生,使保护装置能够准确而迅速的运作。另外,虽然风力发电提供的故障电流极为有限,但是影响配电网络保护装置的正常运行也是有可能发生的。
6.发电计划与调度的影响
传统的发电计划是以电源的可靠性与负荷的可预测性为基础,这样才能够保证发电计划合理的制定和有效的实施。不过风能具有随机性,所以风电场出力的预测水平,与工程实用的程度不能完全相符,这样非常不利于发电计划的制定。同时传统的电力系统中的运行方式以及控制手段,都需要进行合理有效的改良和调整,主要由于风力发电并网后,电力系统的运行方式如果不作出相应的调整及优化,系统的动态响应能力就会严重不足,对风电功率的大幅度、高频率的波动就无法进行跟踪,而且会很明显的影响到系统的电能质量以及动态的稳定性,最终这些因素会限制系统的风电功率水平。
三、风力发电的规模问题
1.衡量风力发电规模的两个指标
1.1风电穿透功率极限:其定义为,在符合一定技术指标的基础上,将最大风电厂装机容量以及系统最大负荷的百分比进行并入吸引。
1.2风电厂短路容量比:其定义为风电厂额定容量Pwind与电力系统的连接点PCC的短路容量Ssc之比。
短路容量比,一般是指电气设备安装位置的短路容量与设备容量的比值。短路容量的比值大小代表着网络结构的强弱,短路容量比值大,表示节点与系统电源点的电气距离不大,联系紧密。短路容量比直小表示系统能够承受很强风电扰动。
2.影响风力发电最大注入功率的主要因素
风电场的最大注入功率,不但与风电厂的运行特性以及系统中其它发电设备的调节能力有关系,与风电接入的系统的网架结构等诸多因素也有着不可分割的联系。其因素主要有:风电场与电网的连接方式;风电机组的类型;风电场接入点负载能力的强弱;系统中常规机组的调节能力的大小;风电机组无功补偿的状况等。
结束语:
风力发电已成为能源电力发展的一个必然趋势。不过还是有一些问题需要及时解决。通过上文风力发电对电力系统影响的分析,对风电并入电网所面临的主要技术问题进行了总结,如风力发电对电能质量以及稳定性的影响,对发电计划以及调度的影响的,通过不断的科技改革能够使风力发电更适合我国国情。
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论文作者:陈建强,
论文发表刊物:《中国电业》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/14
标签：风电论文; 电网论文; 电力系统论文; 功率论文; 系统论文; 风力发电论文; 风力发电机论文; 《中国电业》2019年第19期论文;