探究新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略范文

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摘要：隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)能源，如煤、石油等正隨著人們不斷加大開發(fā)力度，越來越呈現(xiàn)出日漸枯竭的苗頭。開發(fā)新型能源已經(jīng)成為各國廣泛關(guān)注的問題之一。特別是當(dāng)前，人們對于環(huán)境保護方面的意識正在不斷加強，新型能源（如風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮埽┑龋诘脧V泛應(yīng)用于發(fā)電等各個領(lǐng)域。目前，開發(fā)和利用新型清潔能源已經(jīng)取得了一定的成就，其社會效益明顯、環(huán)境效益突出。但同時，在其實際應(yīng)用當(dāng)中，也存在一些問題需要解決。本文以風(fēng)力發(fā)電為例，對新能源發(fā)電在并網(wǎng)系統(tǒng)控制方面的發(fā)展及并網(wǎng)技術(shù)進行分析及探討。

關(guān)鍵詞：新能源；風(fēng)電發(fā)展；并網(wǎng)控制

1風(fēng)電新能源主要特點

（1）設(shè)備體積大，效率低。由于風(fēng)的性質(zhì)，決定了它的能量密度相對較小。以同等發(fā)電容量為例，風(fēng)力發(fā)電其主要部分——風(fēng)輪的尺寸與水輪機相比，要大上幾十倍的。從它的效率來說，雖然理論上的數(shù)據(jù)最大效率可以達到為59.2%，但是從實際應(yīng)用效果可知，達不到這一標(biāo)準(zhǔn)。如：水平軸的風(fēng)輪機，它的最大效率應(yīng)該是在20%~50%左右，垂直軸的風(fēng)輪機，它的最大效率大約的數(shù)據(jù)為30%~40%左右。

（2）風(fēng)能沒有足夠的穩(wěn)定性。對于風(fēng)能來說，它屬于過程性能源的一種，而且受到地形等因素的影響，它的關(guān)鍵性要素，如風(fēng)的方向、風(fēng)的速度變化大，加上風(fēng)能還具有明顯的間歇性和隨機性，加上風(fēng)力發(fā)電機在調(diào)控方面不容易調(diào)控，因此，風(fēng)電機組其產(chǎn)生的電能波動性也較為明顯，難以有效調(diào)控。

（3）風(fēng)電場地理位置偏遠。從當(dāng)前來看，我國風(fēng)資源豐富的地區(qū)多處于偏遠地區(qū)，這些微區(qū)距離電負荷的中心多有很長的一段距離，而且其電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)十分的薄弱，這造成了當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)難以在輸電方面發(fā)揮功能，即風(fēng)電產(chǎn)生的電能難以對外輸送。因此，開發(fā)風(fēng)電，必須將與其匹配輸送工程列入工程項目內(nèi)容，提升電網(wǎng)建設(shè)水平，使其成龍配套，避免造成有電無處送的被動局面。

（4）風(fēng)能無法實現(xiàn)大量儲存。由于電的特殊性質(zhì)，目前看，風(fēng)電的蓄電成本與發(fā)電成本相比要高出很多，也就是說，對整個電網(wǎng)來說，它基本上沒有儲存電能的能力。多數(shù)情況下，要把輸出電量來作為調(diào)節(jié)收納電量的前提條件。而且，風(fēng)電機組無人值守，加上風(fēng)能的特點是不可控制的，電網(wǎng)不具備可調(diào)度性，難以做到以負荷大小為依據(jù)進行風(fēng)力發(fā)電的合理性調(diào)節(jié)，這都是擺在面前的實際性問題。

2電網(wǎng)受到風(fēng)電現(xiàn)實發(fā)展的影響

（1）電能質(zhì)量受到影響。以前，風(fēng)電單機沒有太大的容量，而且考慮到方便并網(wǎng)和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，使用的是異步發(fā)電機，將其與配電網(wǎng)以直接相連的方式連接。但是，由于風(fēng)電場在整個供電網(wǎng)絡(luò)來說，是處于末端的位置，它所在的配電網(wǎng)，缺點很多，如電壓低、結(jié)構(gòu)上十分松散、承受各種沖擊的能力不強等，所以風(fēng)電極造成配電網(wǎng)出現(xiàn)諧性污染及電壓閃變的情況可能性極大。

（2）系統(tǒng)難以保證強穩(wěn)定性。在系統(tǒng)難以保證強穩(wěn)定性這方面，主要的原因包括：第一，三相短路故障，線路出現(xiàn)開斷；第二，風(fēng)速變化產(chǎn)生擾動；第三，發(fā)電機發(fā)生開斷。發(fā)生這些情況時，系統(tǒng)頻率以及電壓極，均很容易產(chǎn)生大幅度波動。①電壓難以保持穩(wěn)定。在大量風(fēng)電場接入到電力系統(tǒng)的時候，電壓難以保持較好的穩(wěn)定性原因是很多的，但從最主要的原因看，還在于風(fēng)電場是需要無功功率的。當(dāng)前，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，異步發(fā)電機占據(jù)了絕大部分，是由它的外部系統(tǒng)為它提供無功功率來支撐的。如果在風(fēng)電場具有比較大的容量的時候，此時無功功率或會呈現(xiàn)出控制力難以滿足要求的情況，這也會直接影響到電壓的穩(wěn)定性，造成電壓變化較大現(xiàn)象的發(fā)生。對大部分風(fēng)電場來說，由于使用的是異步式發(fā)電機，如果其電網(wǎng)里面又注入新的功率時，變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)就會通過電網(wǎng)內(nèi)部吸收無功功率，這樣的情況下，風(fēng)電場便很可能造成電壓崩潰，或是降低其電壓方面的穩(wěn)定性。但是，當(dāng)提供給系統(tǒng)的無功功率在很多的情況下，可等同于風(fēng)電場并網(wǎng)，其影響是增強了靜態(tài)部分的電壓穩(wěn)定性。②頻率方面的穩(wěn)定性。從事實來說，系統(tǒng)頻率在受到風(fēng)電場的影響因素，主要決定于在整個系統(tǒng)容量中，風(fēng)電場占有什么樣的比例。如在系統(tǒng)中，風(fēng)電容量比例占據(jù)較大的時候，它在輸出功率方面的波動性，會在一定程度上影響到電網(wǎng)的頻率，也就是會在一定程度上影響到電網(wǎng)電能方面的質(zhì)量，對電網(wǎng)中其他機組頻率的響應(yīng)能力提出要求，要具備展開跟蹤并同步調(diào)節(jié)的能力，以實現(xiàn)頻率波動的抑制作用。風(fēng)電的不穩(wěn)定特點為，決定了風(fēng)電在失去出力之后，使電網(wǎng)的頻率減小，特別是在風(fēng)電占據(jù)的比重較大的時候，會影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。要達到消除此影響的目的，最應(yīng)采取的辦法是：第一，選取優(yōu)化方式的調(diào)度運行形勢；第二，提高系統(tǒng)本身的備用容量。這樣做，主要是由于對大型電網(wǎng)來說，它具有非常大的調(diào)節(jié)能力和非常充足的備用容量，這樣就不用考慮到風(fēng)電進入系統(tǒng)后，會對頻率穩(wěn)定性造成影響。但是這一點對小型電網(wǎng)是很重要的，即風(fēng)電影響穩(wěn)定性和影響頻率偏移方面，是必須考慮的問題。

（3）對電網(wǎng)調(diào)度和規(guī)劃的影響。風(fēng)能主要性質(zhì)特點是不可控制，所以，對它進行可靠性的預(yù)測也是不可能的。當(dāng)風(fēng)電場并入電網(wǎng)系統(tǒng)之后，可用調(diào)峰容量與備用容量相減后，其余下容量即可用來風(fēng)電的調(diào)峰操作。但是，在可用于風(fēng)電調(diào)峰的容量有限的時候，對于風(fēng)電場運行來說，它會起到限制作用。如果電網(wǎng)無法做到完全平衡風(fēng)電場功率波動時，就必須要限制風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的注入功率。因此，安排實施發(fā)電計劃時，必須要分析好系統(tǒng)在調(diào)頻與調(diào)峰方面的情況。這時，系統(tǒng)具備旋轉(zhuǎn)備用量，既要與調(diào)頻、調(diào)峰的要求相符，還要與風(fēng)電機組的出力波動值與負荷平衡所造成的影響之間是相符的。風(fēng)電場建設(shè)相關(guān)的問題很多，既包括發(fā)電機組類型，也要考慮其裝機容量，還要考慮其具體的布置，更要考慮電網(wǎng)規(guī)劃，考慮風(fēng)電在傳輸方面的問題。當(dāng)引入風(fēng)電場之后，因風(fēng)電在隨機性及其不確定性的特點，既可能改變運行成本，也會改變電網(wǎng)投資，更會改變供需方面的關(guān)系。通常情況而言，風(fēng)電利用的小時數(shù)多較低，一個好的機組，基本上能達到2500小時/年，這個效益與火電電網(wǎng)在投資方面的效益相比，風(fēng)電投資效益更具備大的優(yōu)勢。但由于風(fēng)電所具備的間隙性方面的特點，可能會產(chǎn)生超范圍危害，同時，還應(yīng)考慮風(fēng)電裝機的最優(yōu)比例等問題。所以，風(fēng)電場在接入電網(wǎng)后，做好規(guī)劃十分重要，即風(fēng)電場與電網(wǎng)二者間建設(shè)必須是同步的，應(yīng)以此為據(jù)，開展大電網(wǎng)在配套工程方面的建設(shè)。

3改善風(fēng)電并網(wǎng)性能的有效對策

3.1做好關(guān)鍵性數(shù)據(jù)的確定這方面，主要應(yīng)確定好“最大承受注入功率”和“潮流量”，主要是考慮到風(fēng)力發(fā)電在其分布和風(fēng)速方面具有的隨機性特點。為使人們有效掌握控風(fēng)能，需要在風(fēng)電場設(shè)計過程中，確定風(fēng)電的“最大承受注入功率”，其目的是使風(fēng)力發(fā)電可靠性再提高，發(fā)電效率再提高。為解決風(fēng)力發(fā)電時因潮流量產(chǎn)生各種問題，必須確定其數(shù)值，需要在實際落實中，針對不同地區(qū)、環(huán)境及特殊因素，適當(dāng)選取。

3.2對保護裝置進行優(yōu)化為解決風(fēng)電機組在運行中由于各種因素對風(fēng)力發(fā)電效率造成影響的問題，應(yīng)用必要的保護性措施，對風(fēng)電機組及其相關(guān)設(shè)備進行保護。也就是說，要對原來的保護裝置進行各種優(yōu)化，同時，引入先進的技術(shù)，以實現(xiàn)發(fā)電量的進一步提高。目前主要采取的方式是：采用動態(tài)方式進行無功補償，目的是對系統(tǒng)的暫態(tài)特點加以改善，實現(xiàn)風(fēng)電場安全容量再提高。這方面應(yīng)主要注意的是：在設(shè)計動態(tài)無功補償裝置所有的容量時，應(yīng)將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、SVC調(diào)節(jié)的特點、風(fēng)電場容量都列為設(shè)計的依據(jù)。對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行強化，也是個好的措施。在負荷功率因數(shù)得到提高的同時，也會使系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性以及風(fēng)場的安全容量得到同步性提升。此外，以低電壓方式，實現(xiàn)風(fēng)電機組的自動切除，對于在調(diào)控系統(tǒng)產(chǎn)生故障后，保持在電網(wǎng)維護后穩(wěn)定也是十分有效的。但應(yīng)該注意的是，對電網(wǎng)的調(diào)控能力要良好把握和了解，必要時，可以用直流方式接入到電網(wǎng)中。

3.3從設(shè)計方面確保電壓與系統(tǒng)穩(wěn)定性風(fēng)電組對風(fēng)力發(fā)電來說，起到控制其發(fā)電質(zhì)量的關(guān)鍵性作用。因此，應(yīng)該從裝置設(shè)計方面，提升科技含量，確保其質(zhì)量，以使其電子控制裝置更加合理，以更好地解決風(fēng)力發(fā)電方面的缺陷。同時，還要對風(fēng)電場因規(guī)模擴大，對大量使用異步發(fā)電機產(chǎn)生的電壓崩潰問題，也要采取相應(yīng)穩(wěn)定措施。

4結(jié)語

本文以風(fēng)電新能源為例，對其發(fā)電并網(wǎng)方面的措施進行探索、討論與總結(jié)，希望對推動風(fēng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮作用，使風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得更大進步。

參考文獻：

[1]張全成，張永明，林鈞斌等.風(fēng)電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)分析評價[J].上海節(jié)能，2011，（3）：19-23

作者：曾琪 單位：國家電投集團江西電力有限公司新能源發(fā)電分公司