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探討風電並網對主電網的影響

2019-09-14 0人讀過

  風力發電的主要特點是隨機性與不可控性,主要隨風速變化而變化。因此,風電並運行對主電運行帶來諸多不利影響。分析風電場並對電影響是風電事業發展的關鍵技術問題,同時也是電部門安全、經濟運行的一個新課題。

  一、風力發電機的類型

  分析風電並的影響,首先要考慮風力發電機類型的不同。不同風電機組的工作原理、數學模型都不相同,因此分析方法也有所差異。目前國內風電機組的主要機型有 種,每種機型都有其特點。

  1.1異步風力發電機

  國內已運行風電場大部分機組是異步風電發電機。主要特點是結構簡單、運行可靠、價格便宜。這類發電機組為定速恒頻機沮,運行中轉速基本不變,風力發電機組運行在風能轉換最佳狀態下的幾率比較小,因此發電能力比新型機組低。

  同時運行中需要從電力係統中吸收無功功率。為滿足電對風電場功率因數的要求,多采用在機端並聯補償電容器的方法,其補償策略是異步發電機配有若幹組固定容量的電容器。

  由於風速大小隨氣候環境變化,驅動發電機的風力機不可能經常在額定風速下運行,為了充分利用低風速時的風能,增加全年的發電量,近年廣泛應用雙速異步發電機。這種雙速異步發電機可以改變極對數,有大、小機電2種運行方式。

  1.2雙饋異步風力發電機

  國內還有一些風電場選用雙饋異步風力發電機,大多來源於國外,價格較貴。這種機型稱為變速恒頻發電係統,其風力機可以變速運行,運行速度能在一個較寬的範圍內調節,使風機風能利用係數Cp得到優化,取得高的利用效率;可以實現發電機較平滑的電功率輸出;發電機本身不需要另外附加無功補償裝備,可實現功率因數在一定範圍內的調節,例如功率因數從領先0.95調節到滯後0.95範圍內,因此具有調理無功功率出力的能力。

  1. 直驅式交流永磁同步發電機

  大型風力發電機組在實際運行中,齒輪箱是故障較高的部件。采取無齒輪箱結構能大大提高風電機組的可靠性,降低故障率,提高風電機組的壽命。目前國內有風電場使用了直驅式交流永磁同步發電機,運行時全部功率經A-D-A變換,接入電力係統並運行。與其他機型比較,需考慮諧波治理問題。

  二、風電並對主電運行的影響

  由於風速變化是隨機性的,因此風電場的出力也是隨機的。風電本身這種特點使其容量可信度低,給電有功、無功平衡調度帶來困難。

  在風電容量比較高的電力中,可能會產生質量問題。例如電壓波動和閃變、頻率偏差、諧波等問題。更重要的是:係統靜態穩定、動態穩定、暫態穩定、電壓穩定都需要驗證。

  當然,相同裝機容量的風電場在不同的接入點對電的影響也是不同的。在短路容量大的接入點對係統影響小。反之,影響就大。

  定量分析風電場對主電運行的影響,要從穩態和動態兩方麵進行分析。穩態分析就是對含風電場的電力係統進行潮流計算。在穩態潮流分析中,風電場高壓母線不能簡單視為PQ節點或PU節點。含風電場的電力係統對平衡節點的有功、無功平衡能力提出更高要求,要分別分析含風電場電在電大、小運行方式下,是否滿足係統的安全穩定運行的各種束縛。

  由於不同的風電機組的工作原理、數學模型都不相同,因此,對不同類型風電場的潮流計算方法也有所差異。對異步發電機組組成的風電場。采用風電場、主係統分別迭代的方法:首先要設定風速,取值範圍為風機切入風速到切出風速之間。斟酌尾流效應,利用RAHMAN模型計算出各台風機輪轂處風速。根據各台風機功率風速曲線,計算出各台發電機出力P,以及全部風電場ΣP。

  再設風電場的電壓初始設定值值Uo,在不考慮風電場內部電壓消耗的情況下,所有風機出口電壓都設為Uo,從而根據Uo、P計算出各台風機的無功功率Qi和整個風電場的ΣQ。由於風電場己經計算出P、Q,因此可視為PQ節點,代入主係統進行潮流計算,得出風電場電壓U,將設定值Uo與計算值U進行比較,修正設定值,重新重複迭代,直至計算收斂。

  由雙饋異步發電機組成的風電場:當雙饋異步發電機恒功率因數運行時,要先根據風力機轉速控製規律計算轉差率S,再計算風電場發出或吸收的無功功率Q,然後以PQ節點形式代入主係統進行潮流計算迭代。當雙饋異步發電機恒電壓運行時,以PQ節點情勢代入電力係統進行潮流計算。在某個設定風速的計算完成後,改變設定風速,進行新一輪的計算。

  從上述計算進程可以看出,穩態含風電場電力係統潮流計算的結果,實質上是一個各風速下係統的潮流計算散布情況表。其中風電場零出力、最大、最小出力等 種情況需要側重關注。

  動態過程分析,一般采取仿真的方法。要斟酌異步發電機、雙饋異步發電機等不同發電機的模型和風速、風力機、槳距調節等環節,用仿真程序PSS/E、PSCAD、Matlab/Simulink、PSASP等進行分析。分析的關鍵是各種風力發電機模型的選用。

  分析風電並對主電的影響,還需考慮風電場無功問題。風電場無功消耗包括:異步風力發電機消耗,雙饋異步發電機和直流永磁同步機沒有此部份;風機出口升壓變壓器,由於整個風電場升壓變數目眾多,有成百上千台,疊加起來數量不小;風電場升壓變電站主變壓器消耗等。對由異步風力發電機組成的風電場,應斟酌電壓穩定性問題。如有必要,可采用動態電壓控製裝備。

  三、風電並的經濟影響

  風電場的發電成本加上公道的利潤,構成風電的價格。2006年實施的 可再生能源法 中規定,電企業必須全額收購可再生能源電量。費用高於常規能源發電平均上電價,其電價之間的差額附加到銷售電價中分攤。

  據統計,全國己建風電場的電價水平在(0..2)元/(KWh)之間。目前,國內風電上電價大概分為:本錢利潤電價;特許權招標電價;全省統一電價等三種。與火電相比,風電上電價較高。

  風電場出力的隨機性,可能造成如負荷跟蹤、頻率控製、備用容量、無功功率和電壓調理等電輔助服務的成本增加,從而影響了電企業的效益。

  四、結束語

  近年來,中國風力發電事業的高速發展有目共睹,隨著風電裝機容量的不斷增長,風電並對主電所帶來的技術和經濟影響越來越大,該領域的研究無論是對風電發電商,還是對電公司都愈顯其戰略重要性。

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