风电场接入长兴电网的影响与措施

李卫彬

（长兴供电公司，上海 201913）

0 引言

在国家“十二·五”计划开局之年，上海申能长兴岛风力发电场于2011年1月18日11：30成功并网运行。长兴风电场并网运行，使正在迈向世界级海洋装备工业港的长兴岛，对能源需求又有了新的来源。风力发电既是国家能源可持续发展战略，又对长兴电网增加了很好的能源补充，具有很好的社会效益和环保效益，但同时也必须关注大容量风力发电对长兴电网可能造成的影响，应采取必要的措施，确保电网安全运行。

1 长兴岛发展风能的必要性

1.1 长兴电网的发展前景

根据上海市整体规划，长兴岛定位为海洋装备岛，《长兴岛岛域总体规划》中提出了“一核、两轴、五区”的岛域空间发展格局。其中，现代船舶制造业的核心工业区为长兴岛岛域总体规划中的重点，现代船舶制造业的核心工业区包括：江南长兴造船基地、中海船舶集团、振华港机、上海港机、现代船舶制造业的配套工业区以及相对应的生活园区。同时，沪—崇—苏越江大通道的建设，给长兴岛带来了巨大的发展机遇。长兴岛快速形成海洋装备岛的局势，对安全、可靠、环保的能源需求，提出了更高的需求。

长兴配电网的近期发展规划是通过统一规划、分步实施，逐步将长兴电网建设成为电网结构坚强、供电能力充裕、装备配置精良、运行安全灵活、技术经济指标先进、供电可靠性高的，与国际化大都市地位相适应的现代化一流坚强智能配电网。

“十一·五”期间，长兴电网已经完成长兴站110kV至220kV的电网升级改造，分别于2009年6月和2010年2月完成长兴至崇明以及长兴至浦东的220kV联网。35kV电网基本上采用放射型接线模式。220kV联网工程已经全面建成，至2010年长兴岛电网形成18万kW负荷，年售电量达到9亿kWh。目前，长兴岛110kV及以下电压等级并网电厂为长兴岛第二发电厂，现有装机容量为2×12MW。

从当前长兴电网的结构、容量和长兴海洋装备岛能源需求来看，存在较大的差距。加上海岛地理位置的特殊性，如果岛外来电故障（2009年曾发生过此类事故），岛内现有2台12MW火力发电装机容量只能维持日常照明用电，那将对整个长兴装备岛的经济建设、国防战略造成无法估量的影响。原来设想在岛上再建2台350MW火力发电机组，也因燃料运输、价格及环境污染等问题，一直没启动。因地制宜，开发新型能源，长兴风电的开发，为解决安全、可靠、环保的长兴能源带来了新的契机。

1.2 发展风能的优势和地理条件

目前，上海电网本地主力电源均为火力发电方式，其中70%为燃煤机组，面临环保压力。针对上海位于东亚季风盛行区，风力资源丰富，在上海陆域岸线、沿海滩涂、岛屿岸线及部分近岸水域等风资源丰富区开发风力发电，是上海本地可再生新能源开发中的创新之举。

长兴岛位于上海市东北角，被誉为绿色的翡翠，镶嵌在万里长江的入海口。呈西北向东南延伸的带状形态，三面临江、一面临海，面积约160 km2，岸线长约60km，风力资源丰富。在长兴岛西北部的青草沙，其东部水域被作为上海城市第二水源地，已于2010年建成70km2水库，最终规模可供应上海市超过1000万人口饮用水。根据规划，将在青草沙堤线和长兴岛北侧实施青草沙风力发电工程，青草沙风电场拟布置单机容量1 500kW的风机共92台，总装机容量为138MW。

2 发展风电对长兴电网及电能质量的影响

目前，已并网运行的上海申能长兴岛风力发电场，采用变速并网风电机组能独立控制有功和无功，总装机容量为20MW，仅占电网容量的10%左右，通过35kV电网接入长兴枢纽站。由于接入强电网而且容量不大，对电网电能质量和运行影响较小。不过，随着以青草沙风电场为标志的大容量风力发电开发建设，风电场对长兴电网的影响日益明显，必须予以关注。

2.1 风力发电机并网过程对长兴电网的冲击

风力发电机组与大电网并联时，在合闸的瞬间，冲击电流对发电机及电网系统安全运行不会有太大影响。但在长兴电网分网运行或孤立运行时，由于长兴电网容量较小（仅为正常方式的40%），风电场并网瞬间会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全运行。虽然通过装设软启动装置和风机非同期并网削弱冲击电流，仍会给电网带来一定的谐波污染。因此，在接入电网的变电站内，必须装设谐波监测装置进行跟踪分析。

2.2 风电场运行对长兴电网电能质量的影响

目前，长兴风电场采用的变速并网风电机组能独立控制有功和无功，可保持机端电压的相对稳定，在改善局部电网的电压质量和电网的电压稳定性方面有一定作用。但是，风速变化、湍流以及风力机尾流效应造成的紊流，会引起风电功率的波动和风电机组的频繁启停；风机的杆塔遮蔽效应使风电机组输出功率存在周期性的脉动。功率的变化将会使电网频率在一定范围内波动，影响电网中频率敏感负荷的正常工作，同时引起电压的变化，主要表现在电压波动、电压闪变、电压跌落以及周期性电压脉动等方面。此外，风电机组中的电力电子控制装置如果设计不当，也会向电网注入谐波电流，引起电压波形的畸变，并可能引发由谐振带来的潜在问题

2.3 风电场运行对电网频率的影响

当风电场容量在系统中所占的比例较大时，其输出功率的随机波动性对电网频率的影响会显著增加，影响到电网的一些频率敏感负荷的正常工作。目前，长兴风电场占系统总容量比例较低，频率稳定并不是电网稳定运行中的主要问题。

2.4 风电场对电力系统运行计划的影响

风力发电是一种间歇性能源，风电场的功率输出具有很强的随机性，目前的风力预报水平还不能满足电力系统实际运行的需要，在编制电网运行计划时风电必须作为未知因素考虑。为了确保风电并网以后系统可靠运行，需要在原来运行方式的基础上，额外安排一定容量的旋转备用以响应风电场发电功率的随机波动，维持电力系统的功率平衡与稳定，尤其是当风电场容量在系统中所占的比例较大时，更需加强运行计划的控制。

3 大规模风电接入的技术措施

为了应对大规模风电的接入，确保风电接入电网后的电力系统运行的可靠性、安全性与稳定性，除了加强电网建设、增加电网的调控手段、不断改善电力系统的电源结构外，还需要对风电场接入电力系统的技术要求做出相应的规定，以期不断提高风电机组和风电场运行特性，降低大规模风电接入对电网带来的不利影响。

目前，长兴电网对风电接入运行作出以下规定：

1）有功功率 风电场应具有限制其有功功率变化的能力，在风电场并网以及风速增大过程中，风电场有功功率变化应当满足电网调度部门的要求。有功功率变化包括1min有功功率变化和10min有功功率变化。风电场有功功率变化限值的推荐值如表1所示。

表1 风电场有功功率变化限值推荐值

2）低电压穿越 ①风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力；②风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行；③对电网故障期间没有切出电网的风电场，其有功功率在电网故障清除后应快速恢复，以至少每秒10%额定功率的变化率恢复至故障前的值。风电场低电压穿越要求曲线如图1所示。

图1 风电场低电压穿越要求

3）电压偏差 风电场接入电力系统后，并网点的电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%，一般应为额定电压的－3%～＋7%。限值也可由电网调度部门和风电场开发运营企业根据电网特点、风电场位置及规模等共同确定。

4）电压变动限值 风电场在并网点引起的电压变动d，应当满足表2的要求。

表2 电压变动限值

5）谐波 风电场所接入的公共连接点的谐波注入电流应满足GB／T 14549—1993《电能质量公用电网谐波》的要求，其中风电场向电网注入的谐波电流允许值，按照风电场装机容量与公共连接点上具有谐波源的发／供电设备总容量之比进行分配。

6）频率 48～49.5Hz，每次频率低于49.5 Hz时，要求风电场具有至少运行30min的能力；49.5～50.2Hz连续运行。每次频率高于50.2 Hz时，要求风电场具有至少运行2min的能力，并执行调度部门下达的高周切机策略，不允许停机状态的风电机组并网。