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风电场并网运行安全管理工作的创新应用

来源:用户上传      作者:刁瑞轩

摘 要:近年来,国家高度重视生态文明建设,各行各业越来越注重环境的保护和资源的节约,为此,越来越多的企业开始使用风能发电方式,取代原有的化石燃料发电方式。并网运行的风电场越来越多,一方面,满足了各行各业日益增长的风电能源需求,然而,另一方面,也带来了一系列安全管理问题,需要行业内人员高度重视、迫切解决。本文分析了大规模风电场并网运行后给电网的造成的安全影响,并给出风电场在安全管理方面的创新建议,以期为行业内人员提供参考,做到风电场并网运行的安全、平稳运行。

关键词:风电场;并网运行;安全管理;创新应用

中图分类号:TM614 文獻标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)06-0140-02

0 引言

受风力资源分布情况的限制,风电场一般建设于结构不够稳定的电网末梢,加上风力资源本身的不确定性,导致使用风力资源发电时,不可避免地会出现一些问题,诸如风力发电不连续、不稳定。对于电网而言,需要满足用户对于稳定用电的需求,确保将安全性高、连续性好以及可靠性高的电传输到用户手里,然而,风电场并网运行加大了电网稳定送电的难度。可见,需要尽可能减少风电场并网运行对电网送电的负面影响,比如影响电网的电压稳定性、频率稳定性以及电能质量等。本文主要从风电场并网运行对电力系统的影响,展开讨论,以期为行业内人员提供参考,做到风电场并网运行的安全、平稳运行。

1 风电场并网运行的特点

根据风电场规模的大小,可以分为小型风电场和大型风电场。小型风电场对电网的影响相对较小,一般来说,小型风电场只影响电网的局部电压稳定性;而大型风电场对电网的负面影响则不限于此,除了影响电网的局部电压稳定性,还影响电能质量、频率稳定性以及发电的经济性等方面。可见,大规模风电场并网运行的安全管理工作更需引起重视。风能自身具有较为独特的特点,导致利用风力资源发电本身就有一定的难度。特点如下[1]:

(1)风能的能量密度小,这就要求风力发电机的风轮尺寸需要达到一定的规格,给实际工作带来了很多麻烦;(2)风能的稳定性差,受天气条件、气候条件的影响较大,具体来说,风能具有不确定性和间歇性,因风力情况以及风速、风向的不同,风能发电情况也随之变化,导致风力发电机经常无法正常工作。为了得到较为稳定的风能,相关工作人员常常在风力发电机上安装一些部件,用于调整获取到的风的速度、方向,并同时装有刹车装备,控制是否继续获取风能资源;(3)风能无法有效储存,这就要求风力发电机自需要持续工作,才有可能获得尽量多的风力资源;(4)风电场对场地面积的要求较大,在实际应用中,考虑到经济原因,风电场一般分布于风能资源较为丰富,且较为偏远的郊区,一方面,满足风能资源的可得性、丰富性;另一方面,尽可能地降低风力发电成本,保证风电场的经济效益和社会效益。可见,风能资源自身存在诸多不确定性、不稳定性,若将风电系统提供的电能直接传到电网中,将导致电网的不确定性、不稳定性,无法满足用户对于稳定用电的需求,难以确保将安全性高、连续性好以及可靠性高的电传输到用户手里,反而,可能会给电网运行带去安全隐患。

2 风电场并网运行的安全管理问题

2.1 影响电网正常调节控制

风能资源自身存在诸多不确定性、不稳定性,若将风电系统提供的电能直接传到电网中,将导致电网的不确定性、不稳定性,具体表现为[2]:

(1)不同时段的输出功率与电网情况不一致,比如,输出功率相对较高的夜里,电网处于低峰期;而输出功率相对较低的白天,尤其是午后,电网处于高峰期,这种不匹配的现象给电网带来了不利影响,另外,最高的输出功率和最低的输出功率之间相差太多,进一步加剧了电网的不稳定性。(2)这种不稳定、高低值相差太多的输出功率,导致风电场的调节能力很低,甚至几乎没有,种种不利因素,都加大了电网调节、控制的难度。而电网自身的调节、控制能力是有一定限度的,比如,在华东沿海地区,电网规模普遍较大,调节能力、控制能力也相对较强,但仍存在风电场并网运行带来的安全管理问题。电力调度的任务往往分区管理,不同地区的电网情况各有不同,有些城市对于风力发电的需求较小,其他发电资源丰富,相应地,电网压力较小;而有些城市非常依赖风力发电,相应地,电网压力就很大;个别城市还需要接受来自其他地区的外来电,而外来电普遍存在调节、控制能力很差的弊端,这进一步加大了电网控制的难度。(3)随着经济的高速发展和城市化进程的加快,不同时段的输出功率与电网情况不一致现象将日益严重,夜里的输出功率将更高,电网处于更为明显的低峰期;而白天尤其是午后的输出功率将更高,电网将处于更为明显的高峰期。

2.2 影响电网电压的稳定性

由于风能资源本身存在一些不稳定性,比如,受天气条件、气候条件的影响较大,具体来说,风能具有不确定性和间歇性,因风力情况以及风速、风向的不同,风能发电情况也随之变化,相应地,这导致风电场的输出功率也不够稳定,风电机组不得不经常在启动与停止之间切换,产生的电压也就随之波动,大大影响了电网的电压稳定性和传出电能的质量。此外,我国各地的风电场规模普遍不大,尤其是土地价格很高的大城市,比如上海,风电场规模很小,小型风电场对电网的影响相对较小,一般来说,小型风电场只影响电网的局部电压稳定性;随着各行各业越来越注重环境的保护和资源的节约,为此,越来越多的企业开始使用风能发电方式,取代原有的化石燃料发电方式,可见,大型并网运行的风电场将越来越多,而大型风电场对电网的负面影响则不限于此,除了影响电网的局部电压稳定性,还影响电能质量、频率稳定性以及发电的经济性等方面。

2.3 影响电网的稳定性

受风力资源分布情况的限制,风电场一般建设于结构不够稳定的电网末梢,原有的电网功率单向流动方式被改变,相应地,潮流的流向和分布情况也随之改变,这与原有的电网规划相矛盾,当风力发电机组的注入功率持续加大时,风电场附近的电网就会受到影响,在一定程度上影响了电网的稳定性和安全性,加上风力资源本身的不确定性,导致使用风力资源发电时,不可避免地会出现一些问题,严重时甚至导致电网崩溃,留下安全隐患。

2.4 影响电网电能的质量

近年来,越来越多的风电场并网运行,一方面,确实满足了各行各业日益增长的风电能源需求,然而,另一方面,也降低了电网电能的质量,造成这种现象的原因主要是风能资源自身的不稳定性,以及风电机组自身的运行特点,导致输出功率出现波动,进而影响电网电能的质量,表现为电压波动、发生闪变或谐波情况,以及出现电压偏差等[3]。风力发电机组的并网运行,使其在启动时会产生很大的冲击电流,当风速过大,或者风向不合適时,风力发电机将自动退出,暂停发电。若只有个别风力发电机组出现这种情况,那么,对整个电网的影响不是非常明显;然而,若大量风力发电机组出现这种情况,那么,对整个电网的影响将非常明显,严重影响了平稳供电以及供电的电能质量。事实上,及时风力发电机能够保持正常运作,也可能影响电网电能的质量,表现为电压波动、发生闪变或谐波情况,以及出现电压偏差等,这是风电场并网运行安全管理工作急需解决的问题。

3 风电场并网运行的安全管理创新措施

3.1 制定岗位责任制和故障处理机制

制定岗位责任制和故障处理机制是提高风电场并网运行安全管理效率的重要举措,以保障工作人员的生命安全,延长风力发电设备的使用寿命,具体而言,可以从以下几个方面入手[4]:

(1)要求相关工作人员做好风力发电设备的检查、维修和保护工作,制定详细的维护方案,并认真记录每一次检修过程,尤其是变压器、互感器等重要器件,保障设备的良好运行,避免留下安全隐患,同时,还应该注意对变压器和断路器的检修,主要指检查它们的保护设施是否到位。(2)需要事先制定电气设备故障的应对方案,确保故障发生后,能够对其第一时间进行排查和处理,避免耽误不必要的时间,引发严重的安全事故。(3)需要风电场相关领导班子组织制定岗位责任制和故障处理机制,要求相关工作人员(如设备检修人员和设备操作人员)增强检修意识和安全意识,认真学习专业技能,增强处理电气设备故障和应对突发情况的能力,从根本上保障工作人员的生命安全,延长风力发电设备的使用寿命。

3.2 定期组织风电场工作人员参与培训

为了帮助风电场工作人员增强检修意识和安全意识,认真学习专业技能,增强处理电气设备故障和应对突发情况的能力,需要定期组织培训会,尤其是重视风电场并网运行安全管理工作相关的培训,保障安全管理人员能够熟知相关知识,增强实践技能,保障风电场电气设备的正常运作。提前了解工作人员的身体状况,对于不适合在高空作业的人员,应当给其安排地面上的工作,保障工作人员的生命安全[5]。

3.3 提高风电场管理人员的综合素质

目前,我国风电场管理人员的综合素质普遍不高,专业技术水平参差不齐。造成这种现象的原因是,我国风电场的管理人员多从技术院校毕业,或者是复原的军人,文化程度普遍不高,他们本身并没有接受过风电场安全管理方面的系统培训,也就意识不到对风电场工作人员开展安全培训会的重要性,风电场的管理人员自己都不了解风电场安全管理知识,更是组织不好工作人员的培训工作,给风电场并网运行的安全管理工作带来了一些安全隐患。值得欣慰的是,随着我国风电场的快速发展,在技术上和安全工作上,对风电场相关单位提出了更高的要求,意味着未来风电场相关单位将走向更为专业化的管理方向,风电场管理人员和风电场工作人员的综合素质、安全意识、专业知识以及实践技能,也将得到进一步的提高和增强,未来风电场并网运行的安全管理工作也将越来越规范。

4 结语

本文介绍了风能资源自身的不稳定性,分析了风电场并网运行的安全管理问题,诸如影响电网正常调节控制、影响电网电压的稳定性、影响电网的稳定性以及影响电网电能的质量等,讨论了风电场并网运行的安全管理创新措施,如制定岗位责任制和故障处理机制,定期组织风电场工作人员参与培训和提高风电场管理人员的综合素质等,认真学习专业技能,增强处理电气设备故障和应对突发情况的能力,从根本上保障工作人员的生命安全,延长风力发电设备的使用寿命。

参考文献

[1] 刘峻岐.马头滩风电场并网控制系统设计与应用[D].北京:华北电力大学,2016.

[2] 张琦.风电并网条件下供电系统安全管理探究[J].科学中国人,2017(24):128.

[3] 柳鑫.双馈型风电场并网运行的故障特性分析及保护策略研究[D].成都:西南交通大学,2016.

[4] 李永清.风电场并网运行电压稳定控制方法研究[J].电子世界,2017(24):145.

[5] 钱琪琪.应用于风电场的储能系统综合评估研究[D].北京:华北电力大学,2016.


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