关于大型风电场接入电网稳定经济运营分析和实践的探讨

2015-11-05许洪亮

中国科技纵横 2015年2期

关键词：出力风电场风电

许洪亮

（国华（通辽）风电有限公司，内蒙古通辽 028000）

关于大型风电场接入电网稳定经济运营分析和实践的探讨

许洪亮

（国华（通辽）风电有限公司，内蒙古通辽 028000）

随着社会经济的发展，越来越多的风电场接入电网，促使风电场规模的快速扩大。由于风电的特殊性，给电网带来了一定影响，因此，电力系统的稳定运行和有效开发显得尤为重要。本文详细阐述了我国风电发展的现状，并针对大型风电场对电网稳定经济运行的影响进行分析，提出了几点有效措施。

大型风电场电网接入运营措施

由于我国丰富的风能资源，带动了我国风力发电的发展，但是由于大规模风电接入电网，导致电力系统的输送模式、输电方案等出现了一系列问题，给配电主网带来了严重的影响，导致部分风电场建成却未投入使用。在这一背景下，对大型风电场接入电网稳定经济运营和实践进行深入分析势在必行，具有十分重要的作用和意义。

1 大型风电场接入电网稳定运行的影响

1.1 潮流变化对电网的影响

作为专业化、规模化的国内主力能源之一，风电为人们的生活与生产提供了十分洁净的能源，这种可再生的优质电力为电网的发展及电力工业的发展起到了较大的推动作用。但是风电具有不稳定性，会受到季节变化与风能变化的影响，并且目前为止，风能并不在可控范围之内，因此风电功率的变化会对电网潮流造成直接影响。同时，由于昼夜变化较大，也会对电网备用容量造成影响。

1.2 风电出力对电网电压的影响

由于风速变化具有随机性，因此风电场出力也具有随机性特点，而这一特点造成风电容量的可信度不高，给电网的有功平衡与无功平衡带来了一定的困难，尤其在风电容量比例高的电网中，容易出现较多的电能质量问题。对于装机容量较大的风电场而言，在实际运行过程中，风电场出力较大时则会使并网点的功率因素减小，造成电压大幅度降低，严重影响电压质量；当风电场出力较小时会使并网点电压大幅度提高，同样会对电压质量造成影响。不同风电场出力相关性反映风电场之间发电出力变化趋势的一致性，一般距离较近的风电场，其出力变化趋势较为一致，相关性也较强。例如，图1为莆田、福州、漳州三个地区的风电出力变化形状，可见三个地区的风电出力情况较为相似，最大与小小出力时间也较为接近，具有较大的同时率，因此这三个地区之间具有较强的相关性。

1.3 风电场对电力系统暂态稳定性的影响

风电机组采用的发电技术与常规同步电机的发电技术有所差异，其机组的基本类型包括普通异步发电机与基于双馈感应电机技术的变速风电机组。电网发生故障后，电力系统的暂态特性与常规同步电机的不同之处在于：当电网接入大规模风电场后，风电场会将电网原有的线路传输功率、潮流分布以及整个系统的惯量改变。因此，当大规模风电场并入电网之后，会对电力系统暂态稳定性造成一定的影响。

图1 风电出力过程片段

图2 6.9/35kV S11节能型欧式箱变示意图

2 采取的技术方案与实践探讨

2.1 风电场电力接入技术方案

（1）多点接入，分类实施；首先，在充分了解某电网架构及发展规划的基础上，针对该电网公司近年来风电场的开发规划进行研究，并将其与电网的布局电源点发展规划有机结合；其次，按照“多点接入，分类实施”的方式，将每10万-20万kW作为一个电力上网接入点，并分别从110kV和220kV变电站接入，此时110kV电网与220kV电网的构架较为稳定，有利于电力的上网输送。同时，为避免在将电力输送给更高一级的电压网架时出现接入点潮流倒送情况，要尽可能就近接入负荷中枢的变电站，将当地负荷先一步消化，以防出现较大的潮流变化。（2）选用双馈风发电机与升压节能型变压器；双馈风力发电机属于绕线式感应发电机，该发电机采用了交流励磁，能使发电系统与发电机之间形成“柔性连接”，从而根据电网电压、电流以及发电机的转速对励磁电流进行调节，使发电机输出的电压更加精确，满足电压输出稳定的要求；变压器是电力行业中的主要耗能设备之一。根据相关资料显示，我国变压器的耗损总和占据电力系统发电量总和的10%左右。因此，选择升压节能型变压器势在必行。（3）结合风电季节特点；由于风电的不稳定性会受到季节影响，因此要结合风电季节的特点，合理匹配主变容量，有利于管理运营。例如，在接入10万kW负荷时，选择两台2×5万kVA或者2×6.3万kVA的主变，在小风季节将两台主变运行改为单台主变运行，即可将空载损耗有效减少。

2.2 风电场内部电网安全等级的提高

（1）风机箱变应选用6.9/35kV S11型节能型欧式箱变，如图2所示。

（2）35kV通过消弧线圈接地运行后补偿小电流接地系统。如220kV主变应加接地变，将消弧线圈的中心点接地，针对部分电流较小的电容装置，可采取消弧柜，尽可能避免因单机接地造成谐振过电压。

（3）35kV箱变高压侧应采用可远程控制的断路器和负荷开关，便于各项操作的远程控制，具有一定的安全性和便捷性。

（4）架设无功率补偿装置。由于箱变防雷有浪涌保护的作用，优质电气设备的利用可实现风电场的健康稳定运行。

3 已经投入运营的风电场经济效益情况

3.1 神华风电项目

神华风电基地投入运营后，风能资源累积储备量约为3745万kW，逐渐形成“八大区域、五大基地”的风电开发建设格局。风电场遍布内蒙古、河北、江苏及黑龙江境内，约20多个，风电场装机约为201万kW，并网达157kW。该基地为社会提供了55亿kWh的绿色电能，节约了205.7万t煤炭资源，节水约1970万t，减少了612.3万t的二氧化碳和3.4万t的二氧化硫的排放。与此同时，该基地还积极开展了风电太阳能光伏发电互补工作，着手研发海上风电场项目。神华集团风电在风力发电市场上占有很大比重，占据了我国约60%的风电份额，推动了我国社会经济的发展。

3.2 威海风电项目

由华能集团建设的威海风电场是第一个国产化兆瓦级示范风电场，该风电场采用的电机组为大连重工风电机组，其国产化率可达到70%。在威海二期项目正式投入运营后，其总装机容量达到了6.9万kW，每年均可节约近5万吨标煤，减排10万吨以上的二氧化碳与11吨左右的一氧化碳，同时，减排灰渣1万吨以上、二氧化氯800吨左右，盈利水平一直处于良好状态。