李衛(wèi)彬

（長興供電公司，上海 201913）

0 引言

在國家“十二·五”計劃開局之年，上海申能長興島風力發(fā)電場于2011年1月18日11：30成功并網(wǎng)運行。長興風電場并網(wǎng)運行，使正在邁向世界級海洋裝備工業(yè)港的長興島，對能源需求又有了新的來源。風力發(fā)電既是國家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，又對長興電網(wǎng)增加了很好的能源補充，具有很好的社會效益和環(huán)保效益，但同時也必須關(guān)注大容量風力發(fā)電對長興電網(wǎng)可能造成的影響，應采取必要的措施，確保電網(wǎng)安全運行。

1 長興島發(fā)展風能的必要性

1.1 長興電網(wǎng)的發(fā)展前景

根據(jù)上海市整體規(guī)劃，長興島定位為海洋裝備島，《長興島島域總體規(guī)劃》中提出了“一核、兩軸、五區(qū)”的島域空間發(fā)展格局。其中，現(xiàn)代船舶制造業(yè)的核心工業(yè)區(qū)為長興島島域總體規(guī)劃中的重點，現(xiàn)代船舶制造業(yè)的核心工業(yè)區(qū)包括：江南長興造船基地、中海船舶集團、振華港機、上海港機、現(xiàn)代船舶制造業(yè)的配套工業(yè)區(qū)以及相對應的生活園區(qū)。同時，滬—崇—蘇越江大通道的建設，給長興島帶來了巨大的發(fā)展機遇。長興島快速形成海洋裝備島的局勢，對安全、可靠、環(huán)保的能源需求，提出了更高的需求。

長興配電網(wǎng)的近期發(fā)展規(guī)劃是通過統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施，逐步將長興電網(wǎng)建設成為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅強、供電能力充裕、裝備配置精良、運行安全靈活、技術(shù)經(jīng)濟指標先進、供電可靠性高的，與國際化大都市地位相適應的現(xiàn)代化一流堅強智能配電網(wǎng)。

“十一·五”期間，長興電網(wǎng)已經(jīng)完成長興站110kV至220kV的電網(wǎng)升級改造，分別于2009年6月和2010年2月完成長興至崇明以及長興至浦東的220kV聯(lián)網(wǎng)。35kV電網(wǎng)基本上采用放射型接線模式。220kV聯(lián)網(wǎng)工程已經(jīng)全面建成，至2010年長興島電網(wǎng)形成18萬kW負荷，年售電量達到9億kWh。目前，長興島110kV及以下電壓等級并網(wǎng)電廠為長興島第二發(fā)電廠，現(xiàn)有裝機容量為2×12MW。

從當前長興電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、容量和長興海洋裝備島能源需求來看，存在較大的差距。加上海島地理位置的特殊性，如果島外來電故障（2009年曾發(fā)生過此類事故），島內(nèi)現(xiàn)有2臺12MW火力發(fā)電裝機容量只能維持日常照明用電，那將對整個長興裝備島的經(jīng)濟建設、國防戰(zhàn)略造成無法估量的影響。原來設想在島上再建2臺350MW火力發(fā)電機組，也因燃料運輸、價格及環(huán)境污染等問題，一直沒啟動。因地制宜，開發(fā)新型能源，長興風電的開發(fā)，為解決安全、可靠、環(huán)保的長興能源帶來了新的契機。

1.2 發(fā)展風能的優(yōu)勢和地理條件

目前，上海電網(wǎng)本地主力電源均為火力發(fā)電方式，其中70%為燃煤機組，面臨環(huán)保壓力。針對上海位于東亞季風盛行區(qū)，風力資源豐富，在上海陸域岸線、沿海灘涂、島嶼岸線及部分近岸水域等風資源豐富區(qū)開發(fā)風力發(fā)電，是上海本地可再生新能源開發(fā)中的創(chuàng)新之舉。

長興島位于上海市東北角，被譽為綠色的翡翠，鑲嵌在萬里長江的入海口。呈西北向東南延伸的帶狀形態(tài)，三面臨江、一面臨海，面積約160 km2，岸線長約60km，風力資源豐富。在長興島西北部的青草沙，其東部水域被作為上海城市第二水源地，已于2010年建成70km2水庫，最終規(guī)?？晒虾Ｊ谐^1000萬人口飲用水。根據(jù)規(guī)劃，將在青草沙堤線和長興島北側(cè)實施青草沙風力發(fā)電工程，青草沙風電場擬布置單機容量1 500kW的風機共92臺，總裝機容量為138MW。

2 發(fā)展風電對長興電網(wǎng)及電能質(zhì)量的影響

目前，已并網(wǎng)運行的上海申能長興島風力發(fā)電場，采用變速并網(wǎng)風電機組能獨立控制有功和無功，總裝機容量為20MW，僅占電網(wǎng)容量的10%左右，通過35kV電網(wǎng)接入長興樞紐站。由于接入強電網(wǎng)而且容量不大，對電網(wǎng)電能質(zhì)量和運行影響較小。不過，隨著以青草沙風電場為標志的大容量風力發(fā)電開發(fā)建設，風電場對長興電網(wǎng)的影響日益明顯，必須予以關(guān)注。

2.1 風力發(fā)電機并網(wǎng)過程對長興電網(wǎng)的沖擊

風力發(fā)電機組與大電網(wǎng)并聯(lián)時，在合閘的瞬間，沖擊電流對發(fā)電機及電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行不會有太大影響。但在長興電網(wǎng)分網(wǎng)運行或孤立運行時，由于長興電網(wǎng)容量較?。▋H為正常方式的40%），風電場并網(wǎng)瞬間會造成電網(wǎng)電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一電網(wǎng)上的其他電器設備的正常運行，甚至會影響到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全運行。雖然通過裝設軟啟動裝置和風機非同期并網(wǎng)削弱沖擊電流，仍會給電網(wǎng)帶來一定的諧波污染。因此，在接入電網(wǎng)的變電站內(nèi)，必須裝設諧波監(jiān)測裝置進行跟蹤分析。

2.2 風電場運行對長興電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

目前，長興風電場采用的變速并網(wǎng)風電機組能獨立控制有功和無功，可保持機端電壓的相對穩(wěn)定，在改善局部電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性方面有一定作用。但是，風速變化、湍流以及風力機尾流效應造成的紊流，會引起風電功率的波動和風電機組的頻繁啟停；風機的桿塔遮蔽效應使風電機組輸出功率存在周期性的脈動。功率的變化將會使電網(wǎng)頻率在一定范圍內(nèi)波動，影響電網(wǎng)中頻率敏感負荷的正常工作，同時引起電壓的變化，主要表現(xiàn)在電壓波動、電壓閃變、電壓跌落以及周期性電壓脈動等方面。此外，風電機組中的電力電子控制裝置如果設計不當，也會向電網(wǎng)注入諧波電流，引起電壓波形的畸變，并可能引發(fā)由諧振帶來的潛在問題

2.3 風電場運行對電網(wǎng)頻率的影響

當風電場容量在系統(tǒng)中所占的比例較大時，其輸出功率的隨機波動性對電網(wǎng)頻率的影響會顯著增加，影響到電網(wǎng)的一些頻率敏感負荷的正常工作。目前，長興風電場占系統(tǒng)總?cè)萘勘壤^低，頻率穩(wěn)定并不是電網(wǎng)穩(wěn)定運行中的主要問題。

2.4 風電場對電力系統(tǒng)運行計劃的影響

風力發(fā)電是一種間歇性能源，風電場的功率輸出具有很強的隨機性，目前的風力預報水平還不能滿足電力系統(tǒng)實際運行的需要，在編制電網(wǎng)運行計劃時風電必須作為未知因素考慮。為了確保風電并網(wǎng)以后系統(tǒng)可靠運行，需要在原來運行方式的基礎上，額外安排一定容量的旋轉(zhuǎn)備用以響應風電場發(fā)電功率的隨機波動，維持電力系統(tǒng)的功率平衡與穩(wěn)定，尤其是當風電場容量在系統(tǒng)中所占的比例較大時，更需加強運行計劃的控制。

3 大規(guī)模風電接入的技術(shù)措施

為了應對大規(guī)模風電的接入，確保風電接入電網(wǎng)后的電力系統(tǒng)運行的可靠性、安全性與穩(wěn)定性，除了加強電網(wǎng)建設、增加電網(wǎng)的調(diào)控手段、不斷改善電力系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)外，還需要對風電場接入電力系統(tǒng)的技術(shù)要求做出相應的規(guī)定，以期不斷提高風電機組和風電場運行特性，降低大規(guī)模風電接入對電網(wǎng)帶來的不利影響。

目前，長興電網(wǎng)對風電接入運行作出以下規(guī)定：

1）有功功率 風電場應具有限制其有功功率變化的能力，在風電場并網(wǎng)以及風速增大過程中，風電場有功功率變化應當滿足電網(wǎng)調(diào)度部門的要求。有功功率變化包括1min有功功率變化和10min有功功率變化。風電場有功功率變化限值的推薦值如表1所示。

表1 風電場有功功率變化限值推薦值

2）低電壓穿越 ①風電場內(nèi)的風電機組具有在并網(wǎng)點電壓跌至20%額定電壓時能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms的能力；②風電場并網(wǎng)點電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場內(nèi)的風電機組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行；③對電網(wǎng)故障期間沒有切出電網(wǎng)的風電場，其有功功率在電網(wǎng)故障清除后應快速恢復，以至少每秒10%額定功率的變化率恢復至故障前的值。風電場低電壓穿越要求曲線如圖1所示。

圖1 風電場低電壓穿越要求

3）電壓偏差 風電場接入電力系統(tǒng)后，并網(wǎng)點的電壓正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%，一般應為額定電壓的－3%～＋7%。限值也可由電網(wǎng)調(diào)度部門和風電場開發(fā)運營企業(yè)根據(jù)電網(wǎng)特點、風電場位置及規(guī)模等共同確定。

4）電壓變動限值 風電場在并網(wǎng)點引起的電壓變動d，應當滿足表2的要求。

表2 電壓變動限值

5）諧波 風電場所接入的公共連接點的諧波注入電流應滿足GB／T 14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的要求，其中風電場向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值，按照風電場裝機容量與公共連接點上具有諧波源的發(fā)／供電設備總?cè)萘恐冗M行分配。

6）頻率 48～49.5Hz，每次頻率低于49.5 Hz時，要求風電場具有至少運行30min的能力；49.5～50.2Hz連續(xù)運行。每次頻率高于50.2 Hz時，要求風電場具有至少運行2min的能力，并執(zhí)行調(diào)度部門下達的高周切機策略，不允許停機狀態(tài)的風電機組并網(wǎng)。