新能源发电并网系统的控制策略

曾琪

（国家电投集团江西电力有限公司新能源发电分公司，江西 南昌 330000）

1 风电新能源主要特点

（1）设备体积大，效率低。由于风的性质，决定了它的能量密度相对较小。以同等发电容量为例，风力发电其主要部分——风轮的尺寸与水轮机相比，要大上几十倍的。从它的效率来说，虽然理论上的数据最大效率可以达到为59.2%，但是从实际应用效果可知，达不到这一标准。如：水平轴的风轮机，它的最大效率应该是在20%～50%左右，垂直轴的风轮机，它的最大效率大约的数据为30%～40%左右。

（2）风能没有足够的稳定性。对于风能来说，它属于过程性能源的一种，而且受到地形等因素的影响，它的关键性要素，如风的方向、风的速度变化大，加上风能还具有明显的间歇性和随机性，加上风力发电机在调控方面不容易调控，因此，风电机组其产生的电能波动性也较为明显，难以有效调控。

（3）风电场地理位置偏远。从当前来看，我国风资源丰富的地区多处于偏远地区，这些微区距离电负荷的中心多有很长的一段距离，而且其电网的网架结构十分的薄弱，这造成了当地的电网难以在输电方面发挥功能，即风电产生的电能难以对外输送。因此，开发风电，必须将与其匹配输送工程列入工程项目内容，提升电网建设水平，使其成龙配套，避免造成有电无处送的被动局面。

（4）风能无法实现大量储存。由于电的特殊性质，目前看，风电的蓄电成本与发电成本相比要高出很多，也就是说，对整个电网来说，它基本上没有储存电能的能力。多数情况下，要把输出电量来作为调节收纳电量的前提条件。而且，风电机组无人值守，加上风能的特点是不可控制的，电网不具备可调度性，难以做到以负荷大小为依据进行风力发电的合理性调节，这都是摆在面前的实际性问题。

2 电网受到风电现实发展的影响

（1）电能质量受到影响。以前，风电单机没有太大的容量，而且考虑到方便并网和结构简单的优势，使用的是异步发电机，将其与配电网以直接相连的方式连接。但是，由于风电场在整个供电网络来说，是处于末端的位置，它所在的配电网，缺点很多，如电压低、结构上十分松散、承受各种冲击的能力不强等，所以风电极造成配电网出现谐性污染及电压闪变的情况可能性极大。

（2）系统难以保证强稳定性。在系统难以保证强稳定性这方面，主要的原因包括：第一，三相短路故障，线路出现开断；第二，风速变化产生扰动；第三，发电机发生开断。发生这些情况时，系统频率以及电压极，均很容易产生大幅度波动。

①电压难以保持稳定。在大量风电场接入到电力系统的时候，电压难以保持较好的稳定性原因是很多的，但从最主要的原因看，还在于风电场是需要无功功率的。当前，在风力发电系统中，异步发电机占据了绝大部分，是由它的外部系统为它提供无功功率来支撑的。如果在风电场具有比较大的容量的时候，此时无功功率或会呈现出控制力难以满足要求的情况，这也会直接影响到电压的稳定性，造成电压变化较大现象的发生。对大部分风电场来说，由于使用的是异步式发电机，如果其电网里面又注入新的功率时，变速恒频风电系统就会通过电网内部吸收无功功率，这样的情况下，风电场便很可能造成电压崩溃，或是降低其电压方面的稳定性。但是，当提供给系统的无功功率在很多的情况下，可等同于风电场并网，其影响是增强了静态部分的电压稳定性。

②频率方面的稳定性。从事实来说，系统频率在受到风电场的影响因素，主要决定于在整个系统容量中，风电场占有什么样的比例。如在系统中，风电容量比例占据较大的时候，它在输出功率方面的波动性，会在一定程度上影响到电网的频率，也就是会在一定程度上影响到电网电能方面的质量，对电网中其他机组频率的响应能力提出要求，要具备展开跟踪并同步调节的能力，以实现频率波动的抑制作用。风电的不稳定特点为，决定了风电在失去出力之后，使电网的频率减小，特别是在风电占据的比重较大的时候，会影响到系统的稳定性。要达到消除此影响的目的，最应采取的办法是：第一，选取优化方式的调度运行形势；第二，提高系统本身的备用容量。这样做，主要是由于对大型电网来说，它具有非常大的调节能力和非常充足的备用容量，这样就不用考虑到风电进入系统后，会对频率稳定性造成影响。但是这一点对小型电网是很重要的，即风电影响稳定性和影响频率偏移方面，是必须考虑的问题。

（3）对电网调度和规划的影响。风能主要性质特点是不可控制，所以，对它进行可靠性的预测也是不可能的。当风电场并入电网系统之后，可用调峰容量与备用容量相减后，其余下容量即可用来风电的调峰操作。但是，在可用于风电调峰的容量有限的时候，对于风电场运行来说，它会起到限制作用。如果电网无法做到完全平衡风电场功率波动时，就必须要限制风力发电对电网的注入功率。因此，安排实施发电计划时，必须要分析好系统在调频与调峰方面的情况。这时，系统具备旋转备用量，既要与调频、调峰的要求相符，还要与风电机组的出力波动值与负荷平衡所造成的影响之间是相符的。

风电场建设相关的问题很多，既包括发电机组类型，也要考虑其装机容量，还要考虑其具体的布置，更要考虑电网规划，考虑风电在传输方面的问题。当引入风电场之后，因风电在随机性及其不确定性的特点，既可能改变运行成本，也会改变电网投资，更会改变供需方面的关系。通常情况而言，风电利用的小时数多较低，一个好的机组，基本上能达到2500小时/年，这个效益与火电电网在投资方面的效益相比，风电投资效益更具备大的优势。但由于风电所具备的间隙性方面的特点，可能会产生超范围危害，同时，还应考虑风电装机的最优比例等问题。所以，风电场在接入电网后，做好规划十分重要，即风电场与电网二者间建设必须是同步的，应以此为据，开展大电网在配套工程方面的建设。

3 改善风电并网性能的有效对策

3.1 做好关键性数据的确定

这方面，主要应确定好“最大承受注入功率”和“潮流量”，主要是考虑到风力发电在其分布和风速方面具有的随机性特点。为使人们有效掌握控风能，需要在风电场设计过程中，确定风电的“最大承受注入功率”，其目的是使风力发电可靠性再提高，发电效率再提高。为解决风力发电时因潮流量产生各种问题，必须确定其数值，需要在实际落实中，针对不同地区、环境及特殊因素，适当选取。

3.2 对保护装置进行优化

为解决风电机组在运行中由于各种因素对风力发电效率造成影响的问题，应用必要的保护性措施，对风电机组及其相关设备进行保护。也就是说，要对原来的保护装置进行各种优化，同时，引入先进的技术，以实现发电量的进一步提高。目前主要采取的方式是：采用动态方式进行无功补偿，目的是对系统的暂态特点加以改善，实现风电场安全容量再提高。这方面应主要注意的是：在设计动态无功补偿装置所有的容量时，应将电网结构、SVC调节的特点、风电场容量都列为设计的依据。对电网结构进行强化，也是个好的措施。在负荷功率因数得到提高的同时，也会使系统暂态稳定性以及风场的安全容量得到同步性提升。此外，以低电压方式，实现风电机组的自动切除，对于在调控系统产生故障后，保持在电网维护后稳定也是十分有效的。但应该注意的是，对电网的调控能力要良好把握和了解，必要时，可以用直流方式接入到电网中。

3.3 从设计方面确保电压与系统稳定性

风电组对风力发电来说，起到控制其发电质量的关键性作用。因此，应该从装置设计方面，提升科技含量，确保其质量，以使其电子控制装置更加合理，以更好地解决风力发电方面的缺陷。同时，还要对风电场因规模扩大，对大量使用异步发电机产生的电压崩溃问题，也要采取相应稳定措施。

4 结语

本文以风电新能源为例，对其发电并网方面的措施进行探索、讨论与总结，希望对推动风产业发展发挥作用，使风电产业发展取得更大进步。