淺議風(fēng)電能調(diào)度需要解決的問題與對(duì)策

李昊旸

（陜西省電力公司，陜西 西安710048）

0 引 言

隨著人們對(duì)新能源開發(fā)意識(shí)的提升，風(fēng)能的開發(fā)與利用得到了廣泛的關(guān)注，越來越多國(guó)家與地區(qū)致力于風(fēng)電能的開發(fā)與利用。我國(guó)也已經(jīng)在很多的地區(qū)大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電能。然而，大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組的快速接入嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定和風(fēng)電的接納能力。因此，在國(guó)家電網(wǎng)結(jié)構(gòu)尚未升級(jí)到能夠承受大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組的電力傳輸前，就必須依靠合理的調(diào)度來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電能的安全、穩(wěn)定、最低損耗的傳輸。

1 風(fēng)電能的形成原理

利用風(fēng)能發(fā)電的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，而后利用增速機(jī)提高轉(zhuǎn)動(dòng)速率，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)切割磁感線來產(chǎn)生電能。就目前風(fēng)車技術(shù)來說，只要有3 m/s的風(fēng)速就可以用來發(fā)電。小功率風(fēng)電機(jī)一般都有一個(gè)恒定的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)速度，葉末的速度一般是64 m/s，離軸心 1/4 距離處的速度是16 m/s，軸心轉(zhuǎn)速為零。但是目前隨著海洋風(fēng)力的開發(fā)利用，發(fā)電機(jī)的功率也大大提升，因而葉片的轉(zhuǎn)速也不恒定，葉末轉(zhuǎn)速也隨著葉片長(zhǎng)度而成比例增加。葉片越大，風(fēng)電機(jī)能產(chǎn)生的功率就越高。一般來說，20 m長(zhǎng)的葉片就能產(chǎn)生600 kW級(jí)別的功率，60 m長(zhǎng)的葉片就能產(chǎn)生5 MW級(jí)別的功率。

風(fēng)力發(fā)電的效率很高，它不是只有一個(gè)發(fā)電機(jī)頭，而是一個(gè)復(fù)雜的、科技含量較高的發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)電技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，它不需要燃料，也沒有輻射、空氣污染等現(xiàn)象。像芬蘭、丹麥、荷蘭等國(guó)家都在大規(guī)模的使用風(fēng)能發(fā)電，我國(guó)風(fēng)電技術(shù)應(yīng)用也在穩(wěn)步向前，特別是西部地區(qū)得到了大力的提倡。

2 風(fēng)電能調(diào)度中需要解決的問題

（1）風(fēng)電調(diào)度的安全性問題

風(fēng)電技術(shù)的研發(fā)與利用有效地緩解了現(xiàn)代的能源危機(jī)，為人們生活與國(guó)家工業(yè)化提供了綠色環(huán)?？稍偕碾娔?，風(fēng)電能的利用是社會(huì)發(fā)展與科技進(jìn)步的重要標(biāo)志。然而風(fēng)電能的安全調(diào)度問題需要格外重視，電網(wǎng)的事故往往會(huì)給社會(huì)帶來極大的災(zāi)難與損失，因此“安全調(diào)度”是風(fēng)電能調(diào)度的首要問題。在風(fēng)電能廠網(wǎng)分開管理的形勢(shì)下，廠網(wǎng)主體都應(yīng)該把安全放在首位，不能因?yàn)槔娑税踩闹匾浴０l(fā)、供、用電的全部過程都要在安全的前提下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行。

（2）風(fēng)電經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題

在我國(guó)現(xiàn)有的電網(wǎng)格局下，因?yàn)椴煌碾娋W(wǎng)屬于不同主人管轄，就存在了利益主體的區(qū)別，當(dāng)然，這些利益主體公開平等的分享了電網(wǎng)的整體利益。因此，在電網(wǎng)調(diào)度的過程中，要充分考慮調(diào)度的整體經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)效益最大化。這就要求主體利益各方要統(tǒng)一步調(diào)，如機(jī)組開停、電廠間水電火電協(xié)調(diào)、電網(wǎng)間電力交換、電網(wǎng)間負(fù)荷分配以及市場(chǎng)主體的經(jīng)濟(jì)行為等，都要形成協(xié)作統(tǒng)一的整體，使得風(fēng)電調(diào)度真正實(shí)現(xiàn)整體利益最大化。

（3）風(fēng)電調(diào)度中系統(tǒng)調(diào)峰問題

風(fēng)電能存在了很大的不確定性和不可控性。其功率波動(dòng)常會(huì)與用電負(fù)荷波動(dòng)趨勢(shì)相反，即在負(fù)荷高峰時(shí)段可能無風(fēng)可發(fā)，而在負(fù)荷低谷時(shí)段又可能來大風(fēng)而需要滿發(fā)。同時(shí)風(fēng)電機(jī)組功率由風(fēng)速?zèng)Q定，功率變化速率較快，從而還要求系統(tǒng)為之提供足夠快的調(diào)峰速率。風(fēng)電的運(yùn)行相當(dāng)于產(chǎn)生了“削谷填峰”的反調(diào)峰效果，進(jìn)一步加大了電網(wǎng)的等效峰谷差，惡化了系統(tǒng)的負(fù)荷特性，擴(kuò)大了全網(wǎng)調(diào)峰的范圍。因此必須要在全網(wǎng)范圍內(nèi)統(tǒng)一留取充足的正向、負(fù)向旋轉(zhuǎn)備用容量。

（4）風(fēng)電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)問題

風(fēng)電在調(diào)度過程中，風(fēng)電網(wǎng)需要吸收大量的無功功率，建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。而無功功率的最主要來源就是風(fēng)電網(wǎng)主網(wǎng)，這就給線路和變壓器等設(shè)備帶來了更大的耗損，影響了其無功儲(chǔ)備功能。因此，在風(fēng)電調(diào)度過程中，提高無功儲(chǔ)備與補(bǔ)償能力，還要提高無功調(diào)節(jié)能力，從而實(shí)現(xiàn)電壓和無功功率的有效調(diào)節(jié)。

（5）諧波

諧波污染是風(fēng)電大規(guī)模集中接入帶來的特有問題。風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生的諧波可能引起設(shè)備過熱和故障，保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)，敏感負(fù)荷的干擾性跳閘，干擾通信線路等。當(dāng)風(fēng)電接入電網(wǎng)薄弱節(jié)點(diǎn)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)的不良設(shè)計(jì)可能引發(fā)諧波諧振，諧波諧振會(huì)引起嚴(yán)重的電壓畸變。由于華東電網(wǎng)大規(guī)模風(fēng)電可能就近集中接入，因此風(fēng)電正式運(yùn)行后很可能出現(xiàn)上述危害電網(wǎng)正常運(yùn)行的現(xiàn)象。

3 風(fēng)電能調(diào)度問題的解決對(duì)策

（1）提高安全管理意識(shí)，實(shí)現(xiàn)安全調(diào)度

實(shí)現(xiàn)安全調(diào)度是風(fēng)電能調(diào)度的首要問題，直接關(guān)系到社會(huì)的安定。因此，就要加強(qiáng)安全意識(shí)教育，提高工作人員的安全意識(shí)。一方面加強(qiáng)法制宣傳，依法管網(wǎng)、依法治網(wǎng)，確保電網(wǎng)調(diào)度全過程安全性與合法性。另一方面，也要對(duì)影響調(diào)度的問題采取“誰引起誰負(fù)責(zé)”的原則予以嚴(yán)懲。

（2）合理分層，均分利益

在廠網(wǎng)統(tǒng)一的形勢(shì)下，利益主體是統(tǒng)一的，但廠網(wǎng)分離，就產(chǎn)生了不同的利益主體，因此，還是用以往的常規(guī)調(diào)度方式，能多產(chǎn)電的就多產(chǎn)電，少產(chǎn)電的就少產(chǎn)電，那么利益就無法均分。為解決這個(gè)問題，就要根據(jù)各級(jí)電力市場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行合理的分層，比如分為一級(jí)、二級(jí)市場(chǎng)、或大區(qū)電網(wǎng)或省網(wǎng)或區(qū)網(wǎng)等。并且，分級(jí)之后，發(fā)電成本高的電廠或電網(wǎng)把電力分給成本低的電廠或電網(wǎng)，當(dāng)然，這也會(huì)產(chǎn)生一定的交易成本，但是這些交易成本相對(duì)成本高的電廠所多負(fù)擔(dān)的成本來說，是可以理解的，同時(shí)這也可以做到均衡利益，使電廠電網(wǎng)中的利益主體在減少成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)利益均分，達(dá)到各方的利益最大化。

（3）統(tǒng)籌安排，合理調(diào)峰

風(fēng)電能具有很大的不確定性，受風(fēng)速的影響使得風(fēng)電能功率存在了較大差距的波峰與波谷，并且風(fēng)電能功率存在了很強(qiáng)的驟變性。因此，電網(wǎng)發(fā)電過程中，就要做到統(tǒng)籌安排，一方面保障系統(tǒng)在任何運(yùn)行狀態(tài)下都保持有與風(fēng)電場(chǎng)額定出力相應(yīng)的正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量；另一方面要具備滿足風(fēng)電場(chǎng)出力驟變時(shí)的系統(tǒng)調(diào)峰速率，比如在全網(wǎng)范圍內(nèi)的調(diào)峰共擔(dān)和備用共享，為風(fēng)電能的穩(wěn)定調(diào)度打下基礎(chǔ)。

（4）加快骨干網(wǎng)架建設(shè)，確保無功補(bǔ)償平衡

風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行對(duì)機(jī)端電壓控制要求較高，需要充足的無功電源和電壓抗擾動(dòng)能力。加快骨干網(wǎng)架建設(shè)，可以為系統(tǒng)提供無功電壓，確保無功補(bǔ)償平衡。風(fēng)能發(fā)電能夠產(chǎn)生巨大的電能，20 m長(zhǎng)的葉片就能產(chǎn)生600 kW級(jí)別的功率，60 m長(zhǎng)的葉片就能產(chǎn)生5 MW級(jí)別的功率。這就需要有能夠支持大功率的高壓線路網(wǎng)來支持無功補(bǔ)償。因此，要建立高壓的骨干網(wǎng)架，以滿足充足的功率和電壓，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無功補(bǔ)償平衡，確保風(fēng)電場(chǎng)在無功條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

（5）采用設(shè)備，消除諧波污染

諧波污染是風(fēng)電大量入網(wǎng)后產(chǎn)生的現(xiàn)象，容易對(duì)輸電設(shè)備帶來嚴(yán)重的影響，減短設(shè)備的使用壽命，影響設(shè)備生產(chǎn)工作，更甚者會(huì)引起線路發(fā)生火災(zāi)、設(shè)備損毀的現(xiàn)象，因此，治理諧波污染也是風(fēng)電調(diào)度中的一個(gè)重要問題。其中最簡(jiǎn)便的方法就是安裝無源電力濾波器。這種設(shè)備體積小，無功補(bǔ)償好，能自動(dòng)檢測(cè)諧波，并產(chǎn)生相反的諧波電流，起到補(bǔ)償諧波，降低諧波污染的作用。

4 總 結(jié)

風(fēng)電能是綠色環(huán)?？稍偕男履茉?，受到了廣泛的關(guān)注與開發(fā)，然而風(fēng)電能的調(diào)度是一個(gè)系統(tǒng)的、復(fù)雜的工程。風(fēng)電能的調(diào)度需要更先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備支持，才能正常穩(wěn)定高效地實(shí)現(xiàn)。

［1］ 康 凱.風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)度管理——煙臺(tái)供電公司基于流程的風(fēng)電調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)管理體系［J］.中國(guó)電力企業(yè)管理，2010，（10）：24－25.

［2］ 劉振華，陳 磊，閔 勇.含風(fēng)電的節(jié)能發(fā)電調(diào)度實(shí)用化模型［J］.中國(guó)電力，2011，44（6）：52－57.

［3］ 王召旭，周 明，吳 迪，許慎專.風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題的研究［J］.現(xiàn)代電力，2011，28（2）：37－42.