浅议风电能调度需要解决的问题与对策

2012-02-14李昊旸

通信电源技术 2012年2期

李昊旸

（陕西省电力公司，陕西西安710048）

0 引言

随着人们对新能源开发意识的提升，风能的开发与利用得到了广泛的关注，越来越多国家与地区致力于风电能的开发与利用。我国也已经在很多的地区大规模开发风电能。然而，大规模风电机组的快速接入严重影响电网安全稳定和风电的接纳能力。因此，在国家电网结构尚未升级到能够承受大规模风电机组的电力传输前，就必须依靠合理的调度来实现风电能的安全、稳定、最低损耗的传输。

1 风电能的形成原理

利用风能发电的原理其实很简单，就是利用风力带动风车叶片转动，而后利用增速机提高转动速率，进而带动发电机切割磁感线来产生电能。就目前风车技术来说，只要有3 m/s的风速就可以用来发电。小功率风电机一般都有一个恒定的叶片转动速度，叶末的速度一般是64 m/s，离轴心 1/4 距离处的速度是16 m/s，轴心转速为零。但是目前随着海洋风力的开发利用，发电机的功率也大大提升，因而叶片的转速也不恒定，叶末转速也随着叶片长度而成比例增加。叶片越大，风电机能产生的功率就越高。一般来说，20 m长的叶片就能产生600 kW级别的功率，60 m长的叶片就能产生5 MW级别的功率。

风力发电的效率很高，它不是只有一个发电机头，而是一个复杂的、科技含量较高的发电系统。风电技术已经在世界范围内得到了广泛的应用，它不需要燃料，也没有辐射、空气污染等现象。像芬兰、丹麦、荷兰等国家都在大规模的使用风能发电，我国风电技术应用也在稳步向前，特别是西部地区得到了大力的提倡。

2 风电能调度中需要解决的问题

（1）风电调度的安全性问题

风电技术的研发与利用有效地缓解了现代的能源危机，为人们生活与国家工业化提供了绿色环保可再生的电能，风电能的利用是社会发展与科技进步的重要标志。然而风电能的安全调度问题需要格外重视，电网的事故往往会给社会带来极大的灾难与损失，因此“安全调度”是风电能调度的首要问题。在风电能厂网分开管理的形势下，厂网主体都应该把安全放在首位，不能因为利益而忘了安全的重要性。发、供、用电的全部过程都要在安全的前提下实现稳定优质的运行。

（2）风电经济调度问题

在我国现有的电网格局下，因为不同的电网属于不同主人管辖，就存在了利益主体的区别，当然，这些利益主体公开平等的分享了电网的整体利益。因此，在电网调度的过程中，要充分考虑调度的整体经济效益，实现效益最大化。这就要求主体利益各方要统一步调，如机组开停、电厂间水电火电协调、电网间电力交换、电网间负荷分配以及市场主体的经济行为等，都要形成协作统一的整体，使得风电调度真正实现整体利益最大化。

（3）风电调度中系统调峰问题

风电能存在了很大的不确定性和不可控性。其功率波动常会与用电负荷波动趋势相反，即在负荷高峰时段可能无风可发，而在负荷低谷时段又可能来大风而需要满发。同时风电机组功率由风速决定，功率变化速率较快，从而还要求系统为之提供足够快的调峰速率。风电的运行相当于产生了“削谷填峰”的反调峰效果，进一步加大了电网的等效峰谷差，恶化了系统的负荷特性，扩大了全网调峰的范围。因此必须要在全网范围内统一留取充足的正向、负向旋转备用容量。

（4）风电网无功调节问题

风电在调度过程中，风电网需要吸收大量的无功功率，建立旋转磁场。而无功功率的最主要来源就是风电网主网，这就给线路和变压器等设备带来了更大的耗损，影响了其无功储备功能。因此，在风电调度过程中，提高无功储备与补偿能力，还要提高无功调节能力，从而实现电压和无功功率的有效调节。

（5）谐波

谐波污染是风电大规模集中接入带来的特有问题。风电机组产生的谐波可能引起设备过热和故障，保护设备误动，敏感负荷的干扰性跳闸，干扰通信线路等。当风电接入电网薄弱节点时，风电场集电系统的不良设计可能引发谐波谐振，谐波谐振会引起严重的电压畸变。由于华东电网大规模风电可能就近集中接入，因此风电正式运行后很可能出现上述危害电网正常运行的现象。

3 风电能调度问题的解决对策

（1）提高安全管理意识，实现安全调度

实现安全调度是风电能调度的首要问题，直接关系到社会的安定。因此，就要加强安全意识教育，提高工作人员的安全意识。一方面加强法制宣传，依法管网、依法治网，确保电网调度全过程安全性与合法性。另一方面，也要对影响调度的问题采取“谁引起谁负责”的原则予以严惩。

（2）合理分层，均分利益

在厂网统一的形势下，利益主体是统一的，但厂网分离，就产生了不同的利益主体，因此，还是用以往的常规调度方式，能多产电的就多产电，少产电的就少产电，那么利益就无法均分。为解决这个问题，就要根据各级电力市场的实际情况，进行合理的分层，比如分为一级、二级市场、或大区电网或省网或区网等。并且，分级之后，发电成本高的电厂或电网把电力分给成本低的电厂或电网，当然，这也会产生一定的交易成本，但是这些交易成本相对成本高的电厂所多负担的成本来说，是可以理解的，同时这也可以做到均衡利益，使电厂电网中的利益主体在减少成本的同时，实现利益均分，达到各方的利益最大化。

（3）统筹安排，合理调峰

风电能具有很大的不确定性，受风速的影响使得风电能功率存在了较大差距的波峰与波谷，并且风电能功率存在了很强的骤变性。因此，电网发电过程中，就要做到统筹安排，一方面保障系统在任何运行状态下都保持有与风电场额定出力相应的正、负旋转备用容量；另一方面要具备满足风电场出力骤变时的系统调峰速率，比如在全网范围内的调峰共担和备用共享，为风电能的稳定调度打下基础。

（4）加快骨干网架建设，确保无功补偿平衡

风电机组的运行对机端电压控制要求较高，需要充足的无功电源和电压抗扰动能力。加快骨干网架建设，可以为系统提供无功电压，确保无功补偿平衡。风能发电能够产生巨大的电能，20 m长的叶片就能产生600 kW级别的功率，60 m长的叶片就能产生5 MW级别的功率。这就需要有能够支持大功率的高压线路网来支持无功补偿。因此，要建立高压的骨干网架，以满足充足的功率和电压，以实现系统的无功补偿平衡，确保风电场在无功条件下的稳定运行。

（5）采用设备，消除谐波污染

谐波污染是风电大量入网后产生的现象，容易对输电设备带来严重的影响，减短设备的使用寿命，影响设备生产工作，更甚者会引起线路发生火灾、设备损毁的现象，因此，治理谐波污染也是风电调度中的一个重要问题。其中最简便的方法就是安装无源电力滤波器。这种设备体积小，无功补偿好，能自动检测谐波，并产生相反的谐波电流，起到补偿谐波，降低谐波污染的作用。