分布式风电运行安全稳定性的提升方法探讨
王宇峰
【摘? 要】随着资源、能源的大量消耗，可再生能源的开发利用越来越受到人们的关注。分布式风力发电是将自然风的风能转化为电能的发电技术，值得被进一步开发利用。论文针对分布式风电安全稳定运行的方法进行探讨，以期保证电网的正常运行。
【Abstract】With the large consumption of resources and energy， people pay more and more attention to the development and utilization of renewable energy. Distributed wind power generation is a power generation technology that converts the wind energy of natural wind into power energy， which is worthy of further development and utilization. This paper discusses the methods for safe and stable operation of distributed wind power， so as to ensure the normal operation of the grid.
【关键词】分布式风电;安全稳定;运行;发电技术;提升方法
【Keywords】distributed wind power; safety and stability; operation; power generation technology; promotion methods
【中图分类号】TM614? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2020）07-0107-02
1 引言
风能是一种清洁无污染的可再生能源，具有巨大的开发利用价值。近年来，风能的利用效率得以进一步的提升，使得分布式風力发电成为一种大范围使用的全新发电方式[1]。但是，由于分布式风电运行过程中存在一定的随机性、间歇性及固有的风电机组特性，降低了电网运行的安全性与稳定性。因此，有关技术人员应当加强对分布式风力发电安全稳定运行方法的研究，从而实现可再生资源及新发电技术的有效应用[2]。
2 分布式风电的基础内容及特点
分布式风电是以风力发电机作为分布式电源，将风能转换为电能的分布式发电系统，分布式风力发电的功率一般集中在几千W至百MW之间，也有建议将其控制在30～50MW的范围内。分布式风力发电是一种新型且发展空间广阔的可再生能源发电模式。在日益增长的电能需求影响下，分布式风力发电以其自身的高效率、成本投入低、灵活便捷、建设周期短及环境破坏程度低等综合优势，被广泛应用于电网系统构建。当前社会发展进程中，煤炭等非可再生资源被大量消耗，为保证资源能源的可持续发展，风能、太阳能等可再生资源得到了极大程度的开发利用[3]。分布式风力发电区别于传统煤炭发电方式，具有设计、建设周期短且不会对自然环境造成不良的影响等特点。但是其缺点也比较明显，因为不是每个区域的风量都能满足风力发电的要求，而且自然风的风向变化、风速等都是不可控的。基于此，有关人员应当合理选择风力发电的地理位置，同时，还要充分考虑分布式风力发电的综合影响因素，从而保证电网的安全稳定运行。
3 分布式风电的技术类型
3.1 恒速恒频技术
恒频指的是在风力发电机与电网系统并联运行过程中，二者之间的频率必须保持一致。而恒速恒频是指在分布式风力发电过程中，风力发电机的转速保持不变，以此得到恒定的频率。可再生风能利用效率有限、叶片性能要求高、无法有效控制机组输出功率，还需要安装无功补偿装置是恒速恒频发电机运行的基本特点，其在一定程度上限制了并网风力发电场容量及规模的扩充。
3.2 变速恒频技术
在风力发电过程中分布式风力发电机转速可随着自然风速发生变化，再应用其他控制处理方式得到相应的恒定频率是变速恒频技术的主要特点。变速恒频发电是一种新型风力发电技术，以控制调节发电机转子电流大小、频率大小、相位或者变桨距离来实现发动机转速的调节。变速恒频技术可在相对较宽的风速范围内始终维持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而达到最大的风能转换率。在此基础上，有关的技术人员可运用灵活的控制措施合理调节电网系统的有功、无功功率，以达到限定谐波电流、降低机组设备消耗并提升系统运行效率的目的，从而在很大程度上提高分布式风力发电系统运行的安全性与稳定性。相对于恒速恒频技术来说，变速恒频技术应用过程中所需的设备设施更加昂贵，但是其成本投入在大型风力电机组设备中所占的比例并不大，值得全面推广应用。
4 分布式风电安全稳定运行的方法
4.1 分布式风电场低电压穿越
随着分布式风力发电装机容量的迅速扩充，对于风力发电的电网系统运行做出了进一步的规范：
①如果并电网点电压下降到并网运行状态下额定电压的1/5时，分布式风力发电场内的机组设备应保持并网运行625ms的低电压穿越标准要求。②确保分布式风力发电场电压呈下降趋势的2s之内可恢复到额定电压值的90%，并保证分布式风力发电机组的并网运行。③使分布式风力发电场内的并网电压保持在标准电压的90%～110%，为电场内的风电机组设备的安全平稳运行提供保障。
4.2 短路比
通常情况下，分布式发风力发电场应用的电力变换装置可快速调节电网系统中的电压电流，如此很可能导致电网系统电压暂态稳定的问题。为妥善解决相关问题，防止由于分布式电源接入引起的电网电压产生的大幅波动，有关技术人员应当合理控制短路比，将分布式电源短路比设置在不小于10的數值范围，电网运行过程中电源接入点短路电流/电源机组设备的额定电流=分布式电源短路比。
4.3 无功
风力发电机组和无功补偿装置是分布式风力发电场内无功电源的两个重要组成部分，风电场内的无功补偿需要依靠分布式风电机组的无功容量来完成。同时，单纯依赖于风电机组的无功容量无法满足电网系统运行过程中电压电流调节的需要。针对这种问题最有效的处理办法是有关技术人员根据电网运行的实际要求，在分布式风力发电场内集中安装自动电压调节的无功补充装置。当前，STATCOM/SVC等是可替代普通并联电容器组的无功补偿装置，这些设备装置可动态平衡由分布式风电输出功率变化引起的无功需求变化，逐步提升电网系统运行的稳定性。
4.4 电流质量及谐波电流控制
科学合理控制分布式风力发电场内电网运行的电流质量及注入系统的谐波电流，可提升电网运行的安全性与稳定性。所以，有关技术人员应重点关注注入电网系统公共连接点的谐波电流值与变电站短路容量及各次谐波值，将电网产生的电能质量控制在国家规定的标准范围内。针对引起谐波电流值异常的原因进行深入的分析，再根据分布式风力发电系统运行的具体要求合理设定电能质量的谐波电流值，以此确保电网的稳定正常运行。
4.5 接入点可负荷的最大风电容量
在分布式风力发电系统运行过程中，风电接入的容量负荷受到多种综合因素的影响，例如，电源接入系统的网络结构、机组设备的运行状态、发电设备设施的调节功能，等等。以下是影响风电接入容量的几点因素：
①分布式电网系统运行中呈现出不同程度的机组设备调节能力。②分布式风力发电场内不同接入点负荷能力的大小。③机组设备类型及无功补偿装置的运行情况。④区域性风电容量负荷特点。⑤分布式风力发电场与电网的连接方式。
现阶段，确定接入点可负荷的最大风电容量的方法具体包括频率限定、静态安全限制、短路容量测试及时间区域仿真等，有关的技术人员需要结合不同分布式风力发电场的运行要求应用相应的处理办法，进一步确定系统接入点的最大风电容量，从而提升分布式风力发电系统运行的安全性与稳定性。
5 分布式风电安全稳定运行的积极意义
在社会经济快速建设发展的影响下，对于电能的需求量急剧上升，火力发电已经无法满足各行各业日益增长的用电需求。在这种发展态势下，可再生资源的开发利用可有效缓解能源资源过度消耗的问题，分布式风力发电成本投入小、电网系统运行安全可靠且不会造成环境污染破坏等问题，该技术的广泛应用有利于解决自然能源紧张及自然生态环境污染等问题。分布式风力发电可有效调节用电峰谷，降低用电高峰期电网系统运行的负荷压力，进一步实现电能资源的科学合理配置，以此提高风能资源的使用效率。应用分布式风力发电技术可缓解边远山区居民用电困难的问题。我国风能资源分布广泛，很多地区都适合建立风能发电站，通过构建完善的电网系统并网运行结构，扩大分布式风能电网覆盖范围，为人们的生产生活提供方便。
6 结论
综上所述，确保分布式风力发电系统的安全稳定运行，有关技术人员应当有效规范分布式风电场低电压穿越要求，针对短路比、无功补偿装置、电流质量及谐波电流等进行合理控制，并确定接入点可负荷的最大风电容量，从而构建高效的电网并网运行结构。
【参考文献】
【1】邵尤国，赵洁，方俊钧，等.基于负荷分类增长的分布式风电源与电容器联合动态规划[J].电网技术，2019，43（1）：316-323.
【2】陈浩，马平.基于APSO算法的分布式风电源选址定容优化[J].青岛农业大学学报：自然科学版，2019，36（3）：224-229.
【3】贾云辉，张峰.考虑分布式风电接入下的区域综合能源系统多元储能双层优化配置研究[J].可再生能源，2019，37（10）：1524-1532.
