智能電網背景下風能接入對提高電網供電可靠性的影響分析

□魏曉東

智能電網發展以堅強、自愈、綠色為主要特征，新能源大量入網并獲得了蓬勃發展，風能的接入有利于改變供電模式的單一性，提升電網調度的靈活性，從而提高電網的供電可靠性。本文以某風電場接入地區電網為實例，分析智能電網背景下風能的接入對提高電網供電可靠性的影響。

一、風能接入后的電網特性分析

作為綠色環保的新能源，風能接入電網是對傳統供電方式的有效補充。但風能電力的隨機性會給電網系統帶來一定影響，其影響如下:

(一)影響電網負荷潮流。由于風力發電具有不穩定的特性，隨風況變化負荷也在實時變化，另外如果接入風力發電的電網越多，就越容易改變系統的潮流方向，而風力系統發電所產生的有用功和無用功也會對調節方式產生影響，這些因素都會對電網調節產生影響。

(二)風力發電帶來的諧波污染。在風力發電系統中，各種電子配件以及逆變裝置、補償裝置的存在都會對電網產生諧波污染，主要是因為電子器件具有非線性，這些非線性帶來的諧波污染難以進行有效去除，直接影響了電網的電能質量。

(三)影響繼電保護的可靠性。風力發電一般處于電網的末端，其供電等級較低，風力機輸出主要以690V 為主，再通過配變電裝置以及匯流線路輸入主電網。一般情況下，電網以單方向過流保護為主，而風力發電系統的接入改變了單一的過流，改變了電網的潮流方向，電網繼電保護呈現雙向流動，這就使得傳統繼電保護存在風險。

二、風能接入提高電網供電可靠性的措施分析

(一)電網的供電可靠性指標概述。電網供電的可靠性能夠反映電力公司電力供應的質量，反映供電可靠性的質量，而可靠性也能夠反映出電力公司供電的需求滿足度。電網可靠性也是供電質量評估的主要因素，主要包括兩個方面，安全度和充裕度，而評價指標包括概率指標和確定性指標。而最常用的指標主要有電力不足實際概率、電量不足期望、電力不足時間期望等。

(二)風能接入后提高電網供電可靠性的措施分析。

1.裝設電力電子軟并網裝置。更換電子電器元件能夠有效提高電網的可靠性，例如可以采用雙向晶閘管進行并網，這樣就能借助開關特性獲得平滑的并網過程，可以有效提高電網質量，而且能夠將電網電流限定在標準電流以下，避免繼電裝置出現意外。

2.采用新型的無功補償設備。風力發電器波動較大，對電網穩定性產生不利影響，針對這一問題，可以采用無功補償裝置進行改善，另外也可以采用靜止無功發生器裝置、并聯電容器補償裝置以及靜止無功補償器進行改善，采用這些裝置能夠有效提高電網系統的穩定性。

3.采用方向型繼電保護裝置。根據風電對潮流的影響，想要提高風電入網后的可靠性以及安全性，就需要對原有繼電系統進行優化升級，要建立能夠適用新能源的電力保護系統，從根本上進行優化，預防誤動等情況的發生。

三、新能源應用后提高電網供電可靠性的實例分析

(一)某地區風電場接入項目簡介。P 縣城處于沿海地區，其風力資源較為豐富，P 縣城目前的電網電壓為220KV，變電總容量為85MVA。為了提高縣城的用電供應質量以及供應量，P 縣城準備開發風電項目，進一步推動本地的經濟發展，提高資源優化配置。經過調查了解，縣城將建造一個風力發電廠，共安裝24 臺單機容量為2MW 的發電機組，變電站的輸出電壓為220kv。

(二)某地區風電接入后采取的提升供電可靠性措施。

1.選擇可靠的接入措施。目前P 縣城安裝了50 臺2MW恒頻風電機組，69 臺1.5MW 的風電機組，采用五機一組的方式進行送電，通過35KV 匯流線路先將電力送至220KV 升壓變壓器，然后再有220KV 大截面導線送至220KV 變電站與省電網相連，這樣就形成了風電場接入電網，通過安裝線路保護裝置，風電場的電力接入有了進一步的保障，且風電場都安裝有無功補償裝置電壓獲得進一步的支撐，穩定電網接入。

2.控制風電的穿透功率系數。一般情況下，風力發電中電機組要和常規機組并聯使用。如果不考慮網損，設風機的輸出功率為PWTG，常規機組的輸出功率為PCG，電網負荷的功率為Pload，則Pload=PWTG+PCG。考慮到風能波動對系統供電可靠性的影響，應限制接入系統的風電容量在某一百分數以下，即:PWTG≤KPload(K 為風電的穿透功率系數)

3.選擇合適的風機機型。經過市場調研和技術選擇，P縣城最終采用的機型類型為VESTAS V80 2.0MW，這種類型的機型具有恒頻調節的功能，具有雙饋式變槳變速機，能夠靈活調節風葉的槳片距離，實現輸出功率的最佳狀態。另外，VESTAS V80 2.0MW 有良好的電壓無功控制能力，可以有效進行調節和控制，能夠改善電網的電壓穩定性，實現并網的穩定性。選擇合適的機型不僅能夠有效的提高風力發電的效率，而且能夠保障風力發電的穩定性和整個電網系統的高效運行，能夠提高電廠的整體運作狀態。

4.使用先進的無功補償設備。P 縣城為了采用集中補償方式，進一步提高電網的供電能力以及供電質量，在原有母線上裝設一組無功補償裝置，其容量為10，000kvar，其中包含一套鏈式35kV ± 5000kvar 的SVG 型無功補償裝置和5，000kvar 電容器成套裝置，這些裝置的使用能夠有效降低電網的網損，提高電力供應能力和電力質量。

(三)某地區風電場實際運行效果分析。P 縣城的風力發電廠投入至今，運行一切正常，沒有出現過較大的電力事故以及人員傷亡事故，為P 縣城的電力提供了保障。在風力發電場的檢測數據顯示，風力系統運行良好，電壓、電能質量符合正常運行標準，各項指標參數符合標準，與常規能源相比，風力發電的投入使用提高了電能質量，為P 縣城的電力供應提供了供電保障。

四、結語

隨著我國電網朝著大型化、高電壓、交直流混聯方向發展，風能入網也成為電力技術發展的新趨勢，風電入網具有綠色、低碳、環保的長遠優勢。然而，風能不穩定性和隨機性也給其并網帶來影響，為了保證風能的最佳利用和電網運行的最優化，積極研究提高風能接入后電網供電可靠性的措施，依然任重而道遠。

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