大容量风电并网对电力系统安全稳定的影响及措施

2023-01-31

引言

风电并网的不确定性对电压、频率稳定、电能质量等方面十分特殊, 对电力系统带来的负面影响已到了不容忽视的地步。欧美对风能开发较早, 也最先开始重视风电并网对电力系统影响的研究, 以及对风电接入系统、风电预测模型、风电成本预估模型、大容量储能系统的开发。近些年, 我国对风力发电的技术研发也在人、财、物能方面给予多方面支持和鼓励, 这更加坚定了对稳定现代化电力电网系统安全的坚强决心。

1、风电并网不确定性的描述与分析

不确定性主要包含着偶然性与模糊性两种状态, 偶然性是指经过和结果不具有必然或者可能的因果联系, 模糊性主要是人为的概念定义不确定或者衡量标准差异性大, 最终带来分类模糊。风能作为一种可再生资源, 首先其平均风速和脉动风俗的大幅波动性和间歇性都是一种随机变化的行为, 极易出现偶然性和模糊性。从风电函数统计得出的数据表明, 风电运行至4到12小时时候, 其带来的变化量可占装机容量的一半以上。其次, 在风能向电能的转化过程中也容易出现风机故障、机组运行反常规等不确定性。除了以上内部性原因之外, 如图1所示, 风电系统的外部不确定因素也不容小觑。而对风电不确定性的概率描述往往采用2参数Welbull分布模型, 预测方法一般采用区间预测法和场景预测法。

2、风电并网对电力系统暂态稳定的影响

对系统频率的影响, 当电力系统运行时受到风电不确定性的干扰和阻隔, 内部风电机组出现排异反应, 电压开始大幅降低, 那么电力系统频率必然会受到连带影响;对系统保护装置的影响, 由于启动风速区域的不确定性变化容易致使系统中出现的发电机双向电流的短路故障, 而配置保护装置时恰恰容易忽视这一点, 难以保护故障电流的不间断;对电压闪变的影响, 当风电不确定性发生, 供电电压质量受到影响, 继而发生装机总容量及常用连接点总干扰源量比例失调, 就会出现主观上的灯光密度闪变。

4、风电并网对电力系统运行调度的影响

风能作为一种可再生清洁能源进行发电的成本造价低廉, 这也是风力发电广受助力的重要原因。但是由于风电不确定性影响风电场功率输出的稳定, 更严重的是, 我国现今电力系统的预测水平还无法实现快速、高效、平稳的需要。

3、风电并网对电力系统电网安全的影响

当风电平稳正常的状态下, 接入电网可以实现长途传输、集中接入, 而受到风电并网不确定性的波动下, 其出力变化将会给动态电压和静态电压造成影响。

对动态电压的影响, 风电机组所加容量超过自身负荷, 随着开机后风电出力的波动则会干扰系统动态稳定水平以及阻尼特性;对静态电压的影响在于, 当风电较大时通过较远距离输送至系统的功率, 会使得系统中有些枢纽点的电压偏低。因此在风电场的设计当中, 应考虑系统的无功缺额, 开展无功补偿工作。按恒定功率因数控制系统与升压站间的无功交换的做法有待商榷, 这种做法无法满足电压运行安全的要求, 风电场则应该根据升压站的母线电压情况进行无功调节。

4、风电并网下电力系统的安全稳定措施

(1) 提高低电压穿越能力

低电压穿越能力是受风电并网不确定性带来的波动和随机性影响, 电网运行系统发生器质损坏, 电压水平每况日下, 电网系统内出现局部电流升高, 但是风电场依然足以保证系统的稳定。因为, 如果持续低电压的情况没有得到及时的调控和管理, 那么会造成局部直流端的电压居高不下, 不仅会使得电机变流器几次停摆, 也会干扰有功功率和无功功率的平稳性。更严重的结果是, 当风电机组无法维持上述电流的干扰, 将会自动从电力系统中发生撤退现象。如北美的电力可靠委员会规定, 装机2万k W以上风电场, 风机所能承受故障电压为15%, 持续时间625ms, 时间恢复3000ms。

5、结束语

现代大型电力系统呈现出一派区域互联的势态, 因此风电并网对电力系统带来的多种影响在安全性、充裕性、经济性上已成为了一个重要课题。从以上研究分析中, 我们可以得知, 风电并网的不确定性也并非完全失控于人工智能之外。大规模风电集中并网首先需要加强电源、电网和用电市场统筹规划, 其次需要适当提高大规模风电基地建设技术标准, 使得风电场具备有功控制、无功电压控制和低电压穿越能力, 促进大规模风电基地持续、稳定、健康发展。

摘要：风力作为新能源中的佼佼者, 所衍生的发电技术也实属当前世界极其具有开发潜力且相对成熟的战略项目之一, 符合我国可持续发展的战略目标。但风能本身又具有偶发性和间歇性的自然特点, 如此以来, 风电并网就会使得出现不确定性情况时, 增加风电在相位、频率及电压的难度, 对电力系统及电压质量损害较大。本文通过对风电并网不确定性的描述与分析, 深入总结了风电并网对电力系统在暂态稳定、运行调度和电网安全的影响, 并提出了有益对策, 以期抛砖引玉。

关键词：风电并网,不确定性,电力系统,影响,措施