李理

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司邵陽(yáng)供電分公司 湖南邵陽(yáng) 422000）

淺談智能電網(wǎng)在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的應(yīng)用

李理

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司邵陽(yáng)供電分公司 湖南邵陽(yáng) 422000）

近年來(lái)，電力行業(yè)得到了快速發(fā)展，水力、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)逐漸得到了廣泛的重視。本文主要以風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)為研究對(duì)象，具體分析了智能電網(wǎng)在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的應(yīng)用，僅供同行參考。

智能電網(wǎng)；風(fēng)力發(fā)電；并網(wǎng)；應(yīng)用

1 引言

在我國(guó)傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行中，能源利用效率低、環(huán)保性缺乏等問(wèn)題十分突出，因此新能源日益得到廣泛重視，風(fēng)力發(fā)電走入人們的視野。但是，當(dāng)前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用具有一定的不穩(wěn)定性，在傳統(tǒng)配電網(wǎng)電壓、電能的質(zhì)量以及繼電保護(hù)方面較為薄弱。因此，要加強(qiáng)智能電網(wǎng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力能源發(fā)電的精密化調(diào)控。

2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的主要方式和存在問(wèn)題

2.1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的主要方式

就目前而言，電力行業(yè)的風(fēng)力發(fā)電一般是以風(fēng)電場(chǎng)為主要形式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集中式的電網(wǎng)接入（具體如圖1）。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理存在差異，因此并網(wǎng)方式也有著相應(yīng)的區(qū)別。國(guó)內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)一般機(jī)型主要有：異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及高壓同步發(fā)電機(jī)等等。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要并網(wǎng)的方式為直接、降壓、準(zhǔn)同期以及晶閘管軟并網(wǎng)等；同步發(fā)電機(jī)主要并網(wǎng)的方式為準(zhǔn)同步、自同步并網(wǎng)。兩種并網(wǎng)方式均具備其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，按照實(shí)際所用的風(fēng)電機(jī)組類(lèi)型、并網(wǎng)要求等采取最佳的并網(wǎng)方式，從而減小風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)存在的主要問(wèn)題

（1）有功功率的控制

電力系統(tǒng)需確保發(fā)電和用電的基本平衡，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率波動(dòng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的功率平衡、電能質(zhì)量等造成一定的影響。風(fēng)電場(chǎng)在連續(xù)運(yùn)行以及起停的過(guò)程中，一定要具備有功功率的能力，不僅需控制功率的變化率，還要按照電網(wǎng)的需要限制風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率。

圖1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

（2）無(wú)功/電壓控制

電力系統(tǒng)通常需要借助無(wú)功設(shè)備控制，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓，避免電壓偏差過(guò)大，導(dǎo)致電壓失穩(wěn)。風(fēng)電場(chǎng)是電力系統(tǒng)的電源，需要參與電力系統(tǒng)的無(wú)功調(diào)整，做好電壓控制。

（3）頻率控制

電力系統(tǒng)借助一次調(diào)頻、二次調(diào)頻以維持系統(tǒng)功率、頻率的平衡穩(wěn)定。通常，電力系統(tǒng)頻率小范圍的波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)輸出功率大面積的波動(dòng)，所以大量風(fēng)電機(jī)組的接入可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的頻率調(diào)整造成影響。系統(tǒng)頻率變化也會(huì)影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行，并網(wǎng)要求風(fēng)電機(jī)組可以在一定的頻率范圍內(nèi)正常的運(yùn)行。一旦頻率超出范圍，則會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行受到限制，造成系統(tǒng)運(yùn)行延遲。

（4）低電壓穿越

所謂低電壓穿越（LVRT）指的是一旦電網(wǎng)故障/擾動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落，若處在一定范圍內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組可以不間斷的運(yùn)行。但是，若電網(wǎng)電壓突降，沒(méi)有低電壓穿越能力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組則會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成影響。

3 智能電網(wǎng)在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的應(yīng)用

我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般集中于西北部地區(qū)，而電力需求量大的地區(qū)則集中于中東部，導(dǎo)致我國(guó)新能源電力需經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離的傳輸方可達(dá)到復(fù)負(fù)荷區(qū)，因此要求電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)新能源的優(yōu)化配置。風(fēng)力發(fā)電的主要優(yōu)點(diǎn)在于其能源供應(yīng)的間歇性，但是會(huì)導(dǎo)致發(fā)電輸出電壓、頻率等出現(xiàn)波動(dòng)，影響整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為解決這一問(wèn)題，則需要智能電網(wǎng)系統(tǒng)的大力支撐。

3.1 智能電網(wǎng)在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的主要系統(tǒng)

（1）量測(cè)設(shè)備

在智能電網(wǎng)中，電力系統(tǒng)的量測(cè)設(shè)備是其構(gòu)建的基礎(chǔ)，主要依賴(lài)傳感器的應(yīng)用及部署。電力量測(cè)系統(tǒng)一般用于電力采集單元，通常包括SCADA遠(yuǎn)程終端裝置的RTU以及WAMS中的PMU。RTU能夠?qū)崿F(xiàn)量測(cè)、通信及控制，被廣泛的應(yīng)用于能量管理系統(tǒng)中，但是其數(shù)據(jù)采樣頻率低，獲取數(shù)據(jù)不同步。PMU具備相角測(cè)量、GPS授時(shí)功能，精度高。

（2）控制設(shè)備

電力控制設(shè)備是智能電網(wǎng)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，主要控制對(duì)象分別是各級(jí)發(fā)電單元、配電系統(tǒng)以及輸變電系統(tǒng)，主要控制設(shè)備分別是RTU、智能電子設(shè)備IED。

（3）通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)運(yùn)行的重要設(shè)施。智能電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）、保護(hù)系統(tǒng)（WAPS）、控制系統(tǒng)（WACS）等均需依賴(lài)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

3.2 智能電網(wǎng)在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的調(diào)度方法

所謂能量管理系統(tǒng)，指的是在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行核心是實(shí)現(xiàn)調(diào)度的自動(dòng)化，應(yīng)用于發(fā)電、輸電系統(tǒng)中，然而傳統(tǒng)EMS系統(tǒng)中的故障處理速度慢，不具備在線(xiàn)穩(wěn)定監(jiān)視、預(yù)測(cè)等功能。一般來(lái)說(shuō)，其采集系統(tǒng)均以SCADA為基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)性較差，因此存在調(diào)度不及時(shí)的問(wèn)題。智能電網(wǎng)在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的應(yīng)用，其基于PMU的WAMS系統(tǒng)能夠解決調(diào)度不及時(shí)的問(wèn)題，而由于受到成本、技術(shù)的限制，短期內(nèi)SCADA、WAMS系統(tǒng)會(huì)同時(shí)存在。目前風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中，智能電網(wǎng)主要是基于數(shù)學(xué)建模的數(shù)據(jù)處理方法，一般采用總體測(cè)辨法，其主要是將所有的電力負(fù)荷看成整體，借助對(duì)系統(tǒng)不同輸出狀態(tài)下所相應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行量測(cè)，以對(duì)負(fù)荷模型的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中，采用總體測(cè)辨法進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的記載，從而保證電力負(fù)荷的特點(diǎn)得以更加準(zhǔn)確的表現(xiàn)，確保在風(fēng)電并網(wǎng)的過(guò)程中能夠更加準(zhǔn)確的描述并網(wǎng)時(shí)的負(fù)荷變化，從而能夠在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中一旦出現(xiàn)事故能盡可能減少對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響。需要注意的是，總體測(cè)辨法所建立的負(fù)荷模型必須基于風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)端口，要想保證所獲得的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，其前提是確保量測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)等作為其支撐平臺(tái)和基礎(chǔ)設(shè)施。

3.3 微網(wǎng)技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電方式廣泛的接入，采用智能電網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)能夠確保能源需求與環(huán)境保護(hù)之間趨于平衡，加強(qiáng)能源的利用率，保證能源供應(yīng)的可靠性。就目前而言，可將分布式發(fā)電系統(tǒng)加上其相應(yīng)的負(fù)荷視作獨(dú)立的子系統(tǒng)，也就是微網(wǎng)系統(tǒng)（具體如圖2）。微網(wǎng)系統(tǒng)中最為成熟的控制模式即為分級(jí)控制模式，其是主干電網(wǎng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，主要由主干網(wǎng)耦合點(diǎn)位置的中央控制器進(jìn)行控制，第二級(jí)控制單元?jiǎng)t由負(fù)荷群控制器、分布式電源控制器進(jìn)行組合控制。中央控制器能夠?qū)Χ?jí)控制單元的控制器進(jìn)行協(xié)調(diào)，改善控制效果，此外能夠和能量管理系統(tǒng)、大電網(wǎng)中央控制系統(tǒng)實(shí)施信息交換。

圖2 微網(wǎng)技術(shù)運(yùn)行原理圖

就目前而言，微網(wǎng)系統(tǒng)十分復(fù)雜，因此對(duì)于微網(wǎng)的檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理有著較高的要求。需保證系統(tǒng)能夠支持多種通信協(xié)議，可接受在線(xiàn)定義、修改，可遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制，保證歷史數(shù)據(jù)可根據(jù)需要進(jìn)行儲(chǔ)存及調(diào)用。微網(wǎng)系統(tǒng)可視作電力系統(tǒng)的智能負(fù)荷單元，此外微網(wǎng)內(nèi)部也屬于完整的電力系統(tǒng)，因此需要滿(mǎn)足分布式能源的調(diào)配?？梢?jiàn)，對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行管理十分復(fù)雜。微網(wǎng)系統(tǒng)中可集成多種分布式的新店員，保證供電效率提升，減少能源危機(jī)，此外，若風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過(guò)程中出現(xiàn)故障，微網(wǎng)系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)的一部分，能夠脫網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，保證電力系統(tǒng)的可靠性大大提升。特別是一旦電網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，微網(wǎng)系統(tǒng)能夠保證對(duì)重要負(fù)荷進(jìn)行獨(dú)立供電，充分體現(xiàn)智能電網(wǎng)的可靠性、抵御攻擊能力。

微網(wǎng)系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中能夠獨(dú)立運(yùn)行，而其由并網(wǎng)模式→獨(dú)立運(yùn)行，再由獨(dú)立運(yùn)行→并網(wǎng)模式，被業(yè)內(nèi)稱(chēng)作微網(wǎng)切換模式。微網(wǎng)切換的最大目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，也就是在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，保證微網(wǎng)內(nèi)部重要負(fù)荷不受影響。一旦電網(wǎng)系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行，微網(wǎng)能夠自動(dòng)同大電網(wǎng)同步并實(shí)現(xiàn)連接，保證整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。微網(wǎng)控制的目的主要在于保證微網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，確保用戶(hù)使用電力不受影響。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)具有分布式的特點(diǎn)，導(dǎo)致微網(wǎng)系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力差，要想要保證發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，則需要保證微網(wǎng)在不同模式下均受到保護(hù)。所以，需加強(qiáng)小電流故障的檢測(cè)技術(shù)，完善微網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)以及孤網(wǎng)保護(hù)技術(shù)以保證對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為綠色環(huán)保的電力資源，風(fēng)力發(fā)電受到了廣泛的重視，因此需加強(qiáng)其并網(wǎng)運(yùn)行的研究。在實(shí)際風(fēng)力發(fā)電工作中，應(yīng)用智能電網(wǎng)能夠有效的解決風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中存在的問(wèn)題，改善風(fēng)力發(fā)電的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理功能，保證電網(wǎng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

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TM614

A

1004-7344（2016）02-0038-02

2016-1-3

李理（1973-），男，助理工程師，本科，主要從事調(diào)度運(yùn)行工作。