姚金玲

（河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊 050031）

關(guān)于風(fēng)電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)的探討

姚金玲

（河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊 050031）

隨著節(jié)能環(huán)保理念的不斷深入，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)也提出更高的要求?，F(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)中更側(cè)重于不斷開(kāi)發(fā)與利用可再生能源，以風(fēng)能為例，成為當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)中的主要能源之一，但新能源利用下所帶來(lái)的輸電網(wǎng)安全運(yùn)行問(wèn)題也日漸突出，成為風(fēng)能源利用中需考慮的主要問(wèn)題。本文主要對(duì)風(fēng)電新能源發(fā)展對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的影響、風(fēng)電并網(wǎng)性能改進(jìn)措施以及風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探析。

風(fēng)電新能源 電網(wǎng) 并網(wǎng)技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì)

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展背景下，并網(wǎng)規(guī)模、單機(jī)容量都呈現(xiàn)出明顯的擴(kuò)大趨勢(shì)，較多單機(jī)容量較大的發(fā)電機(jī)逐漸投入使用中。盡管這種風(fēng)力發(fā)電比例的增加可滿(mǎn)足新能源利用要求，但其應(yīng)用下需充分考慮較多內(nèi)容包括低電壓穿越、電網(wǎng)調(diào)度規(guī)劃、頻率穩(wěn)定性以及電能質(zhì)量等。因此，本文對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展研究，具有十分重要的意義。

1 風(fēng)電新能源發(fā)展對(duì)電網(wǎng)影響研究

風(fēng)電新能源本身表現(xiàn)為風(fēng)能穩(wěn)定性不高、風(fēng)能儲(chǔ)存量少、能量密度小、風(fēng)輪機(jī)效率低以及電網(wǎng)不可調(diào)度性等特點(diǎn)。以風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)行為例，其以59.3%為風(fēng)輪最大效率，但事實(shí)上，實(shí)際運(yùn)行中的風(fēng)輪機(jī)很難達(dá)到這一效率標(biāo)準(zhǔn)。有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于垂直風(fēng)輪機(jī)，其主要介于30%-40%的最大效率，而水平軸風(fēng)輪機(jī)以20%-50%作為最大效率。由此可見(jiàn)，風(fēng)電新能源利用中存在一定的問(wèn)題。從電網(wǎng)受風(fēng)電新能源的影響看，以電能質(zhì)量為例，風(fēng)力發(fā)電中易產(chǎn)生閃變與諧波污染問(wèn)題。通常風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)下，會(huì)有較大沖擊電流產(chǎn)生，其直接影響配電網(wǎng)的可靠運(yùn)行，加上風(fēng)機(jī)塔影效應(yīng)的存在，會(huì)使風(fēng)機(jī)出力波動(dòng)問(wèn)題出現(xiàn)，一旦波動(dòng)處于電壓閃變頻率內(nèi)，便帶來(lái)閃變問(wèn)題。而對(duì)于諧波污染，其產(chǎn)生的原因主要表現(xiàn)在發(fā)電機(jī)電子裝置、并聯(lián)補(bǔ)償電容器運(yùn)行中，因諧振出現(xiàn)而造成諧波污染。此外，風(fēng)電新能源應(yīng)用下，對(duì)電力穩(wěn)定性影響也極為明顯，如風(fēng)速擾動(dòng)、三相短路故障、發(fā)電機(jī)線(xiàn)路開(kāi)斷等情況，都會(huì)使系統(tǒng)電壓與頻率出現(xiàn)波動(dòng)。以電網(wǎng)調(diào)度受風(fēng)電能源的影響為例，由于并網(wǎng)運(yùn)行中，風(fēng)電調(diào)峰容量有限，這樣風(fēng)電場(chǎng)整體運(yùn)行都將受到影響，假若風(fēng)電場(chǎng)功率問(wèn)題難以被平衡，便需對(duì)風(fēng)力發(fā)電功率進(jìn)行限制。加上風(fēng)電隨機(jī)性、不確定性特征，更無(wú)法使電網(wǎng)運(yùn)行成本、投資成本等得到保障。所以，風(fēng)電新能源利用下，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行都將造成影響［1］。

2 風(fēng)電并網(wǎng)性能的改進(jìn)措施

2.1 科學(xué)預(yù)測(cè)發(fā)電功率

風(fēng)電接入下，較多如電網(wǎng)適應(yīng)性差、調(diào)峰等問(wèn)題日益明顯，國(guó)內(nèi)較多地區(qū)頻繁發(fā)生風(fēng)電場(chǎng)被限制出力情況。在此背景下，如何做好風(fēng)電隨機(jī)性的控制以及可調(diào)度電源的轉(zhuǎn)換，成為風(fēng)力發(fā)電需考慮的主要問(wèn)題?，F(xiàn)行關(guān)于發(fā)電功率的預(yù)測(cè)，常見(jiàn)的方法主要以NWP模型構(gòu)建為，其可預(yù)測(cè)短時(shí)間內(nèi)的發(fā)電功率，具體預(yù)測(cè)中，要求以NWP系統(tǒng)預(yù)測(cè)結(jié)果為依據(jù)，對(duì)天氣數(shù)據(jù)如氣溫、氣壓、風(fēng)向以及風(fēng)速等進(jìn)行判斷，在此基礎(chǔ)上結(jié)合風(fēng)機(jī)周邊情況，使機(jī)組輪轂高度相關(guān)信息被預(yù)測(cè)，最后配合相應(yīng)的功率曲線(xiàn)，可使輸出功率結(jié)果被推測(cè)出來(lái)。采用這種方式，對(duì)于以往不同天氣條件下預(yù)測(cè)偏差問(wèn)題，都能夠有效解決，預(yù)測(cè)精度較高。

2.2 無(wú)功功率補(bǔ)償

由于風(fēng)力發(fā)電接入后，并網(wǎng)運(yùn)行中將有電壓穩(wěn)定問(wèn)題存在，此時(shí)對(duì)于該問(wèn)題的控制應(yīng)注意從無(wú)功功率補(bǔ)償著手，一般風(fēng)力發(fā)電中選用異步發(fā)電機(jī)，更易使電壓穩(wěn)定受到影響。因此，在解決電網(wǎng)穩(wěn)定性問(wèn)題中，可采取相應(yīng)的措施，包括：第一，風(fēng)電機(jī)組低電壓的切除。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)低電壓故障后，會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，以此避免電網(wǎng)不穩(wěn)定問(wèn)題發(fā)生，需注意低電壓切除中，應(yīng)做好電網(wǎng)調(diào)控能力的分析。第二，將相應(yīng)的補(bǔ)償裝置引入其中。如裝置SVC，其對(duì)于系統(tǒng)暫態(tài)性的改善具有明顯效果，有利于風(fēng)電場(chǎng)安全容量的整體提升。一般裝置選擇中需綜合考慮裝置調(diào)節(jié)特性、風(fēng)電場(chǎng)容量以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。第三，將直流接入電網(wǎng)引入其中。國(guó)內(nèi)較多地區(qū)在海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中，便考慮以HDVC并網(wǎng)方案為主，可滿(mǎn)足無(wú)功功率補(bǔ)償要求［2］。

3 風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展下，變化的趨勢(shì)主要表現(xiàn)在發(fā)電機(jī)組與發(fā)電容量預(yù)測(cè)兩方面。如發(fā)電機(jī)組方面，較多MW級(jí)大型風(fēng)電機(jī)組將投入使用，即使風(fēng)電設(shè)備以大型化為主，也不會(huì)增加風(fēng)力發(fā)電成本。同時(shí)，較多微型、小型等分散式機(jī)組將投入使用，這些機(jī)組的應(yīng)用對(duì)于分散區(qū)域難以供電等問(wèn)題可起到明顯的改善作用。另外，在預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電容量方面，需做好功率的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，具體預(yù)測(cè)的方法包括：第一，注重NWP模型的運(yùn)用，使其在預(yù)報(bào)氣象信息方面發(fā)揮重要作用，避免不同天氣條件下功率預(yù)測(cè)出現(xiàn)偏差。第二，注重計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)的運(yùn)用，這些技術(shù)能夠?qū)WP模型分辨率進(jìn)行改善，天氣預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度由此得以提升。第三，功率預(yù)測(cè)中融入更多智能方法如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析等，利用其對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行改善，可減少功率預(yù)測(cè)中的誤差。第四，在預(yù)測(cè)短時(shí)間內(nèi)功率過(guò)程中，要求所選用的氣象數(shù)據(jù)應(yīng)具有實(shí)時(shí)性特征，以此使預(yù)測(cè)精度得以提高［3］。

4 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電新能源的利用是現(xiàn)行電網(wǎng)建設(shè)的必然要求。然而風(fēng)電新能源引入后，因并網(wǎng)運(yùn)行中會(huì)帶來(lái)較多弊病，如閃變問(wèn)題、諧波污染問(wèn)題以及電壓穩(wěn)定性等問(wèn)題，要求做好風(fēng)電并網(wǎng)性能的改善，可考慮從預(yù)測(cè)發(fā)電功率、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)确矫嬷帧Ｍ瑫r(shí)在未來(lái)風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)利用中，應(yīng)注意將更多分散式發(fā)電機(jī)組、功率預(yù)測(cè)先進(jìn)理論與技術(shù)引入其中，這樣才可使風(fēng)電能源利用問(wèn)題得以解決。

［1］張全成，張永明，林鈞斌，孫斌.風(fēng)電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)分析評(píng)價(jià)［J］.上海節(jié)能，2011，03：19-23.

［2］蘭忠成.中國(guó)風(fēng)能資源的地理分布及風(fēng)電開(kāi)發(fā)利用初步評(píng)價(jià)［D］.蘭州大學(xué)，2015.

［3］劉喬.風(fēng)電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)分析評(píng)價(jià)［J］.中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2013，06：276-277.

姚金玲（1982—），女，漢族，河北正定人，現(xiàn)供職于河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，中級(jí)工程師，本科，研究方向風(fēng)電新能源技術(shù)。