风电新能源发展与并网技术分析评价

刘乔 2019-05-16 版权声明 举报文章

摘要:伴随环保呼声的增高以及能源局势的愈发紧张,全世界都开始对再生能源的利用和开发予以高度重视,而这当中又以风能是现如今最为成熟的一项新能源,同时它的发展速度也非常快,然而它也存在一系列问题,从而对输电网经济与安全运行构成一定冲击。文章就风电能源技术的发展现状进行了大致分析,并对其发展技术、发展的趋势展开了综合评述。

关键词:风电新能源 并网技术 分析 评价

1 风电新能源特点

1.1 风电场的位置偏远 因为我国的风资源分布地与负荷中心存在较远的距离,网架结构非常薄弱,进而使得电网的输电能力在某种程度上对风电外送起到限制作用,在对风电进行大规模开发的情况下,还需建设配套风电送出工程,同时还应对电网建设予以加强。

1.2 风能能量的储存非常小 因为风能的蓄电成本相较于发电的成本更高,使得整个电网欠缺蓄电能力,一般而言会经由输出电量调节收纳电量。

1.3 风能能量密度小 在发电容量相等的情况下,所需风力发电机风轮的尺寸比水轮机要大几十倍。

1.4 风能稳定性差 由于风能是过程性的能源,风向和风速会时常发生改变,风力发电机很难对其进行控制和调节,所以风电机组形成的电能也是随机变化和波动的。

1.5 风轮机的效率低下 按照理论而言,风轮机的最大效率大概在百分之六十左右,但事实上其实际效率更低。统计表明,垂直轴风轮机其最大效率处于百分之三十到四十之间,而水平轴风轮机的最大效率则位于百分之二十到五十之间。

1.6 电网无法调度 由于风能不可控,因此不能根据负荷的大小来对风力发电进行调度,从而给电网调度造成压力。再加上,绝大多数的风电机组都是无人看守的。

2 电网受风电发展的影响

2.1 影响电能质量 以前风电单机容量很小,并且绝大部分都是采用并网方便以及结构简单的异步发电机用以和配电网直接相连。但由于风电场常常位于供电网络末端,其配电网电压低、结构松散、承受冲击能力差,电压低。所以,风电极有可能造成配电网出现谐波污染和电压闪变的情况。

2.2 系统稳定性不好 在三相短路故障、线路开断、风速扰动、发电机开断的状况下,系统频率与电压极易产生大幅度波动。

2.2.1 电压稳定性 当电力系统里面有大量风电场被接入之时,导致电压出现不稳定状况最主要的原因就在于风电场需要无功功率。目前,绝大部分风力发电会采用异步发电机,同时由外部系统为之提供无功功率支撑。而在风电场容量比较大,而无功功率呈现控制力不足的状况之时,容易对电压稳定性产生影响。

一方面,风电场的有功功率使负荷极限功率增大,从而使静态电压的稳定性得到加强;二来,无功功率需求又会导致负荷极限功率下降,进而使静态电压稳定性能降低。由于大部分风电场都会采用异步发电机,因此当在电网里面注入功率时,变速恒频风电系统会由电网内部来对无功功率进行吸收,所以风电场便极有可能引发电压崩溃或电压稳定性下降。然而,如果提供的系统无功功率非常多,那么也可将之视为风电场并网可以让系统静态电压稳定性增强。也就是说,风电并网会对电网静态电压形成双重影响,这与风力发电机的运行点还有着密切的关系。

2.2.2 频率的稳定性 事实上,系统频率受风电场的影响最主要由系统容量里面风电场所占比例来决定。在系统风电容量占据较大比例之时,其输出功率的波动性会对电网频率产生一定的影响,对电网电能的质量形成一定影响。如此一来,便需电网中其他机组频率具备很强的响应能力,能展开相应的跟踪调节,从而对频率的波动形成抑制作用。由于风电不稳定,在风电失去出力之后,便会造成电网频率减小,尤其是当风电占据较大比重之时,会对系统频率的稳定性产生影响。要想使此影响消除最主要的方法便是选取优化调度运行形势和提升系统备用容量。因为大型电网其调节能力与备用容量非常充足,无需考虑风电进入影响频率稳定性。但对小型电网来说,便不能不考虑风电对稳定性以及频率偏移所造成的影响。

2.3 影响电网调度及其规划 由于风能存在不可控的性质,因而不能对其进行可靠的预测。在风电场并网之后,可用调峰容量将备用容量减去,剩下的容量便可用来进行风电调峰,但要是用于风电调峰容量很有限,便会对风电场的实际运行起到限制作用,在电网不能将风电场功率波动予以完全平衡之时,一定要对风力发电的注入电网功率进行限制。所以,在对发电计划进行安排实施,一定要对系统的调频与调峰进行分析,此时系统的旋转备用除了需要与调频、调峰彼此相符以外,还需和风电机组出力波动对负荷平衡构成影响相符。

风电场建设不但与发电机组类型、装机容量、布置有关,还与电网规划以及风电传输等问题相关。在将风电场引入之后,由于风电存在随机性和不确定性,不但会使运行成本和电网投资产生改变,同时还会造成供需平衡关系产生改变。风电利用的小时数较为低,通常情况下,一个好机组可达到大约每年二千五百小时,因此相比于火电电网的投资效益,效益更好的是风电投资。因为风电具备间隙性的特点,从而形成超出范围的危害,还有就是风电最优装机比例问题等。所以,一定要对接入电网之后的风电场进行规划,也就是风电场建设必须和电网建设同步发展,从而展开大电网的配套建设。

3 风电并网性能的改善对策

3.1 预测风力发电的功率 将风电转变成可调度电源最为关键性的技术预测风力发电量。最近几年的研究显示,需要将多个数字天气预报的模型进行相应的组合,同时和功率短期预测彼此结合来使精度得到提升。一来,它会对天气预报系统的预测数据结果加以利用,从而得出气温、风向、气压、风速等数据,二来,根据风机四周信息把风力发电机组的轮毂高度风向以及风速信息等得出,三来,通过风机功率曲线将风机实际的输出功率算出。此方法能将恶劣环境下出现预测差这一问题解决掉,从而使预测的精度得到明显提升。

3.2 无功补偿方式 风电并网运行中普遍存在的问题则是电压稳定问题。但对电压稳定形成影响最为关键的因素还是无功率的补偿因素,尤其是对异步发电机实行风力发电,因此,如果想要保证电网的稳定性可采取如下对策:

①采取动态的无功补偿,例如静止的补偿器SVC等,它可使系统暂态特性予以改善,进而使风电场安全容量得以提升。在对SVC容量进行选择之时,还需与SVC调节性、风电场容量以及电网结构相结合来确定。②提升电网负荷功率因素以及加强电网结构也能使风电场安全容量以及系统暂态稳定性得到提升。③排除系统故障之后,低电压自动切除的风电机组使电网维持稳定最有效的控制方式,但在切除过多之时,要对电网调节控制能力予以考虑。

4 结语

文章就电力系统受大规模风电并网影响的因素进行了讨论与总结,通过对这些因素加以了解能确保大型风电并网的安全运行。对风电场并网技术加以研究,能帮助把风电发展中遇到的问题加以解决,从而对风电产业的发展产生一定的推动,进而满足国家能源结构变化的需求。

参考文献:

[1]张全成,张永明,林钧斌等.风电新能源发展与并网技术分析评价[J].上海节能,2011(3):19-23.

[2]马飞,王宏华.并网风电系统功率因数校正技术的发展[J].机械制造与自动化,2012,41(6):156-159.

[3]周清.完善促进新能源产业发展的财税制度安排[J].经济研究参考,2011(48):33-35.

[4]权博.超导磁储能系统及其在风电并网系统中的应用研究[D].天津理工大学,2010.

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