大型风电场接入与并网运行研究

大型风电场接入与并网运行研究

谢振华

（江苏金风天泽风电有限公司224100）

摘要：随着当今社会对于电力的需求量逐渐增加，风电场的规模正在不断扩大。因此对于大型风电场的开发及并网运行进行相关研究很有必要，为此本文就将以大型风电场并网运行方式以及运行特点作为切入点，并找出其接入与并网运行过程中容易出现的问题，通过这样的方式总结出大型风电场接入与并网运行的可行手段，以此对其未来发展进行总结。

关键词：大型风电场；接入；并网运行

1大型风电场接入与并网运行特点及方式

1.1大型风电场接入与并网运行特点

在大型风电场接入与并网运行特点当中，首先由于风能的能量密度远远小于谁能等其它发电能源，因此其轮盘尺寸相较于水轮机要放大数十倍。其次风能不具有较强的稳定性，是过程性能源中的一种，风的速度及方向也存在着一定的变化，这两项因素对于风力发电机工况都有着较大的影响。风能同样具有着不能储存的特性，因此为了实现持续性供电需要单独安装储能装置。风能的应用效率相较于水能较低，其中不同类型的风轮机效率也有不同，使用垂直轴的风力发电机通常能将30%-40%的风能进行利用，而使用水平轴的风力发电机其利用效率则存在较大的落差，在20%-50%之间。最后，由于当前风力发电场通常规模较大，因此在占地空间方面有着较大的要求，同时要满足风力充沛的条件，因此其地理位置往往人迹稀少[1]。

1.2大型风电场接入与并网运行方式

当前大型风电场接入与并网的方式主要可以分为两种类型，在传统的接入并网方式当中，将整体划分为不同的区域，单独区域当中的风电场容量数值较小，因此能够作为分散式的电源，以分散的方式对配电网络进行连接，接入后同样能够进行就地的消纳。而当前较为常见的一种风电场接入与并网方式则多用于风电资源较为丰富的地区，其通过建立风电基地的方式由输电通道向外集中输送电能。因此其风力发电机组的单独容量正在不断提升，其数量规模也在不断加大，对于电网整体的影响自然也愈加明显。

2大型风电场接入与并网运行易发问题

2.1控制调节问题

在大型风电场接入并网后对于电网的整体影响首先体现在控制调节方面，输出功率对于风电场是一项十分重要的数据，而输出功率最为直观的体现即为输出曲线，对输出曲线会产生影响的因素包括风速及风向等多方面因素。因此在风电场接入后造成的问题主要包含夜晚时段其输出功率过高，但夜晚时段对于电网的使用而言处于低谷时期。而在午后电网使用率较高的时段当中，风力发电场的输出功率却较低。同时最高的输出功率与最低输出功率在数值上存在较高的差异且调节性能较差，这样的情况导致功率出现波动的情况较为频繁[2]。

2.2电网电压问题

在电网电压的影响方面同样由于风速的变化存在随机性，这会导致输出功率也会有一定的波动。最终这样的影响会在电网的电压当中得到体现，造成电压出现问题的主要因素可以总结为风力发电组由于输出功率的变化不断出现启停。经过计算当风电场发电总量超过电网电能总量10%的情况下，电网总体的电压波动情况可能会超过我国在相关方面的规定数值。

2.3电网稳定性问题

风力发电场在接入供电系统时往往处于尾端位置，因此会出现改变功率流向的情况。此时在设计的过程当中如果没有经过提前的考虑可能会由于功率忽然地增加而出现电压与联络线中的功率超出额定范围的情况，甚至导致电力系统故障的发生。而当出现这样情况的时候，又极容易引起线路短路的情况，如果故障无法在第一时间进行有效地抢修更容易造成电压稳定性的丧失。上述的情况正是大型风电场在接入与并网运行时较为容易出现的电网稳定性问题[3]。

2.4电能质量问题

电能质量方面的问题同样是当前大型风电场接入与并网运行当中较为明显的问题之一，上文提及由于风能的不稳定性所以会造成频闪、谐波的情况出现，影响电能的质量。而对于电能质量的影响更多是来自于风力发电机在启动的过程当中会产生大量的冲击电流，同时由于实时风速与切出风速存在不同，这就会导致风机的自动停止运行。而当大型风电场的电机同时出现这一情况时，对于电网中整体的电能质量有着很大的影响。

图1交流并网输电原理图

图2直流并网输电原理图

2.5运行成本问题

风力发电场在运行成本方面远远低于其它类型的发电场，与运行成本较高的火力发电相比其运行成本甚至不足十分之一，但风能具有极强的间歇性，因此大型风力发电场的发电功率也会随着风力大小的改变而出现改变。当前对于风力进行预测的技术尚不成熟，所以为了对风力发电场发电功率的随机波动进行协调，则需要通过对动能进行一定的预留来解决稳定性问题。在这过程当中既由于节约了传统的发电能源而减少的运行成本，又由于动能的预留而增加了管理运行成本。

3大型风电场接入与并网可行手段

大型风力发电场接入与并网的方式可以分为交流输电与直流输电两种形式，其交流输电的电压能够随着变压器进行改变，这样随着电压的升高功率损失也会随之下降，而在用电的过程当中也可以用过电压的降低来达成安全用电的目的[4]。在造价方面交流输电设备成本较低，而当电容量较小的情况下，交流供电中波动性的影响也相对较小。而在直流输电当中，电流作为一个固定值无论是大小或方向都不会出现任何改变，其最为直观的优点即为不存在电气耦合现象，因此在出现故障的情况下可以尽快进行隔离。这样使得直流输电的方式在稳定性方面不存在任何问题，又由于其相互隔离的特性更利于电气设备的保护。在造价方面直流输电相较于交流输电更加低廉，仅为交流输电的50%。下文将通过图片的方式具体展示交流输电与直流输电的具体原理，详情见图1、图2。

4、未来发展总结

通过对上文可行手段的分析后对大型风电场的接入与并网运行的未来有着以下结论。首先大型的风力发电场多处于人迹罕至的位置，而出现线路问题有急需解决，因此当使用有多台风力发电机组成的风力发电机组时，可将多台发电机汇聚至一条母线，此时采取柔性轻型直流输电能够有效地提高维修保养效率。其次海上风电作为今年来的新兴产业有着巨大的发展潜能，但受限于地理条件方面的问题在实现远距离输电的过程中为了尽可能的减少电能的耗损，应在海底铺设电缆采取直流供电的方式进行供电。当风电场规模较大时，并入电网后会对整体产生较大的影响，因此只能采取直流供电的方式进行供电，而对于规模较小的风电场其对于电网整体的影响较小，其采用分散式的风力大电机，因此可以使用交流供电的方式。

结语

通过本文的论述，对当前大型风电场的接入与并网运行的方式既特点进行了分析，并以此找出了其中的易发问题，总结出可行手段及未来发展的方向，希望通过这样的方式能够帮助我国大型风电场在未来得到更好的发展，为日后生产生活提供更多的电能。

参考文献

[1]夏凯.大型风电场接入与并网运行仿真研究[D].上海交通大学,2008.

[2]张雷.大型风电场并网运行特性的仿真研究[D].华南理工大学,2013.

[3]吕敬,施刚,蔡旭,饶宏,黎小林.大型风电场经VSC-HVDC交直流并联系统并网的运行控制策略[J].电网技术,2015,39(03):639-646.

[4]邓恩思.大型风电场运行的特点及并网运行的问题[J].电源技术应用,2010,13(11):57-59.