劉嵩

國(guó)核信息科技有限公司 山東濟(jì)南 250101

在我國(guó)科技的發(fā)展，各領(lǐng)域的技術(shù)水平逐漸提高的今天，對(duì)于風(fēng)能利用，并網(wǎng)發(fā)電屬于目前大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)在風(fēng)能開發(fā)過程中的最重要形式，因此學(xué)術(shù)界對(duì)于并網(wǎng)運(yùn)行存在的各類型問題極為關(guān)注。

1 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行概述

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)是指將發(fā)電機(jī)同步并入電網(wǎng)，以向電網(wǎng)輸出電能。發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行簡(jiǎn)單來說就是發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電網(wǎng)之間的一種運(yùn)行連接模式，在這一種模式中，發(fā)電機(jī)的電壓、頻率與其他發(fā)電機(jī)組一致。發(fā)電機(jī)有兩類并網(wǎng)方法，準(zhǔn)同期和自同期。準(zhǔn)同期的意思為發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、相序、相位與系統(tǒng)電網(wǎng)完全一致，而發(fā)電機(jī)的出口斷路器和電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)的手段；自同期并列屬于發(fā)電機(jī)不加勵(lì)磁時(shí)，等到系統(tǒng)電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)所共有的頻率一致時(shí)，合上發(fā)電機(jī)出口斷路器，與系統(tǒng)相連的基礎(chǔ)上，提高發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流升壓，并借助系統(tǒng)進(jìn)一步促進(jìn)發(fā)電機(jī)同步頻率的一類運(yùn)行方式，不過實(shí)際情況中，自同期并網(wǎng)模式一般不被采用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。目前，大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電中，基本上采用自動(dòng)準(zhǔn)同期的并網(wǎng)模式，借助微機(jī)進(jìn)一步針對(duì)是否達(dá)到同期條件做出判斷的基礎(chǔ)上，自動(dòng)發(fā)信號(hào)斷路器合閘并網(wǎng)。

2 風(fēng)電發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)

2.1 風(fēng)電并網(wǎng)仿真

在我國(guó)有著諸多類型的風(fēng)電機(jī)組，這些風(fēng)電機(jī)組有著不同的特性，因此對(duì)普適性強(qiáng)的通用模型進(jìn)行建立是非常困難的。而且大規(guī)模時(shí)空不確定性風(fēng)電在末端電網(wǎng)中的集中接入，使得以往的仿真方法愈發(fā)難以適應(yīng)風(fēng)電并網(wǎng)的研究要求。因此，我國(guó)急需探尋通用性強(qiáng)的風(fēng)電機(jī)組建模方法，以此對(duì)子模塊模型庫(kù)以及通用化模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行建立，以便于辨識(shí)和實(shí)測(cè)其關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而確保能夠準(zhǔn)確模擬出不同種類風(fēng)電機(jī)組的主要特性。當(dāng)前，我國(guó)針對(duì)不同種類的風(fēng)電機(jī)組，以實(shí)測(cè)參數(shù)為依據(jù)對(duì)多達(dá)150 個(gè)不同型號(hào)的風(fēng)電機(jī)組的仿真模型進(jìn)行了建立，其仿真暫態(tài)誤差控制在20% 以內(nèi)，這使得我國(guó)無論是在仿真模型數(shù)量上，還是在仿真精度上，都領(lǐng)先于國(guó)外其他國(guó)家?，F(xiàn)階段，我國(guó)電力科學(xué)研究院已經(jīng)能夠采用時(shí)序生產(chǎn)模擬法，并建立了通用性較強(qiáng)的風(fēng)電機(jī)組模型，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)一體化風(fēng)電并網(wǎng)仿真平臺(tái)的建立，進(jìn)而使電網(wǎng)和時(shí)空不確定性風(fēng)電間的影響關(guān)系得到了全程化模擬，進(jìn)而使大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的仿真要求得到了有效滿足。

2.2 降低功率耗損以及電網(wǎng)壓力

電網(wǎng)功率通常劃分為兩種：有功率消耗；無功率消耗。隨著風(fēng)電發(fā)電網(wǎng)在功率損耗方面的研究不斷深入，通過功率計(jì)算的方式，能夠及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)電力線路中隱藏的故障以及潛在的安全隱患，在進(jìn)一步降低風(fēng)電網(wǎng)功率損耗的同時(shí)，還能夠降低用電負(fù)荷，保證電力設(shè)備的使用壽命。所以，要想更好地對(duì)風(fēng)電網(wǎng)的有效功率進(jìn)行計(jì)算，需要選擇合理的導(dǎo)線路徑，在傳輸量最大的基礎(chǔ)上降低電阻的壓力值，最大范圍內(nèi)降低以及減少有效功率的損耗，保證有效功率傳輸?shù)母咝?。?duì)產(chǎn)生的無效功率，要依據(jù)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的實(shí)際情況，有選擇地選用專業(yè)變壓器來負(fù)責(zé)電場(chǎng)的供電以及發(fā)電，針對(duì)性地進(jìn)行無功補(bǔ)償。在我國(guó)當(dāng)前風(fēng)電新能源的發(fā)展現(xiàn)狀及其并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來講，整合風(fēng)力電網(wǎng)資源，開展無功補(bǔ)償，采用并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)以及靜止無功電力補(bǔ)償器三種電力損耗無功補(bǔ)償?shù)姆绞?。充分結(jié)合電網(wǎng)的基本特點(diǎn)以及電網(wǎng)建設(shè)的基本需求，針對(duì)性選擇可以最大限度降到風(fēng)力電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的建設(shè)方案，有效降低功率損耗，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)效益。

2.3 同步發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

因?yàn)橥桨l(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子帶有磁極，節(jié)省了勵(lì)磁電能，故發(fā)電效率更高。而且其工作中可以輸出有源電力，可以向電網(wǎng)提供無功功率，從而使終端用電設(shè)備得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，等同于提高了電網(wǎng)的可靠性。但是，風(fēng)能具有不可調(diào)控性，在我國(guó)一些地區(qū)，春秋季風(fēng)量大，可以產(chǎn)生大量電能，風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)形成強(qiáng)烈沖擊，降低電力系統(tǒng)電壓值，使發(fā)電機(jī)等形成磨損，降低設(shè)備的使用壽命。另外，這種并網(wǎng)技術(shù)因?yàn)轱L(fēng)速的不可調(diào)控性，不同等級(jí)的風(fēng)之間的轉(zhuǎn)換使轉(zhuǎn)子扭矩失去穩(wěn)定，最終使電壓頻率、振幅和相位輸出不能和電網(wǎng)系統(tǒng)電壓保持一致。具體的解決辦法是在風(fēng)力發(fā)電廠和電網(wǎng)之間安裝頻率轉(zhuǎn)換器。

2.4 風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)同步機(jī)組的交互作用與協(xié)調(diào)控制問題

目前，針對(duì)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定性的大量學(xué)術(shù)型研究中，大部分主要針對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行環(huán)節(jié)的大電網(wǎng)整體穩(wěn)定性予以常態(tài)性研究。主要原因在于大電網(wǎng)穩(wěn)定一旦遭到破壞，勢(shì)必會(huì)造成整個(gè)大型風(fēng)電場(chǎng)的任何接入元件運(yùn)作存在一定的故障。故而大電網(wǎng)接入大型風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)之后，其穩(wěn)定性到底會(huì)發(fā)生什么樣的演變，是趨向于變好，還是趨向于變差，都難以得到一種較為系統(tǒng)性、固定性的結(jié)論。在平常研究中，不論是趨向于變好，還是趨向于變差都曾經(jīng)有專家給予系統(tǒng)性的研究，而且研究過程、結(jié)果都相對(duì)較為公正。不過也存在一定的問題，主要為當(dāng)電網(wǎng)大規(guī)模接受異步電機(jī)所導(dǎo)出的功率時(shí)，該怎么樣才可以做到 “趨利避害”，從而使得電網(wǎng)接入之后，整個(gè)大型風(fēng)電機(jī)組的系統(tǒng)整體穩(wěn)定性可以獲得很大程度的提升。通過研究可知，風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)同步機(jī)組之間的交互作用與協(xié)調(diào)控制問題的解決突破口在于，研究大型風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組對(duì)于同步機(jī)組的影響，以及風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)同步機(jī)組兩者之間所存在的交互作用與協(xié)調(diào)控制。

2.5 試驗(yàn)檢測(cè)

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組來說，其并網(wǎng)性能的提高離不開一系列的試驗(yàn)檢測(cè)，只有進(jìn)行不斷的試驗(yàn)檢測(cè)，才能使我國(guó)風(fēng)電機(jī)組的制造水平不斷提高，進(jìn)而確保風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。風(fēng)電并網(wǎng)檢測(cè)主要包括風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)檢測(cè)和風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)試驗(yàn)兩個(gè)組成部分，其中，風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)試驗(yàn)需要檢測(cè)風(fēng)電機(jī)組的電能質(zhì)量、低電壓穿越能力、有功調(diào)節(jié)能力、無功調(diào)節(jié)能力、電氣模型驗(yàn)證能力以及電網(wǎng)適應(yīng)性能力等。而對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)檢測(cè)來說，則需對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組在電能質(zhì)量、并網(wǎng)性能、有功/ 無功控制能力以及低壓電穿越能力進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。風(fēng)電機(jī)組的種類、型號(hào)眾多，這也導(dǎo)致其檢測(cè)需求大幅增加，因此需要對(duì)相應(yīng)的試驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行建立。同時(shí)，為了使電網(wǎng)擾動(dòng)能夠進(jìn)行在線精確模擬，并解決試驗(yàn)設(shè)備無法共享、試驗(yàn)機(jī)位重復(fù)性利用等問題，我國(guó)還研究出一種以閥控技術(shù)為核心的電壓跌落發(fā)生方法，進(jìn)而確保風(fēng)電機(jī)組在不停機(jī)的情況下能夠進(jìn)行低電壓穿越測(cè)試。

2.6 異步發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

異步發(fā)電機(jī)組和同步發(fā)電機(jī)組相比，其因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)通過傳輸效率調(diào)整負(fù)載，故不需要精確的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)電壓匹配，只要和同步發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速基本一致即可。故此，其沒有十分龐雜的控制設(shè)備，而且并網(wǎng)以后與同步發(fā)電機(jī)組相比，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊小，而且能夠保持較為穩(wěn)定的電壓，會(huì)有效抑制震蕩和步進(jìn)。但是當(dāng)人工操作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電壓改變，從而使整個(gè)系統(tǒng)電壓值發(fā)生改變。另外，其不能提供無功功率，會(huì)導(dǎo)致終端用電客戶用電體驗(yàn)，造成電器設(shè)備損壞，因此，需要進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。

2.7 風(fēng)電功率評(píng)估

首先，在該技術(shù)當(dāng)中，主要應(yīng)用了天氣遇到的分析信息，由于我國(guó)天氣預(yù)報(bào)技術(shù)較為完善，使得其采集到的天氣信息較為準(zhǔn)確，為風(fēng)力發(fā)電以及并網(wǎng)提供了良好支持。其次，通過對(duì)風(fēng)電設(shè)備周邊信息的采集，準(zhǔn)確掌握風(fēng)電場(chǎng)所的具體情況，并以此為基礎(chǔ)，確定出輪轂的風(fēng)向，以及風(fēng)力的流動(dòng)速度。最后，利用上述得到的結(jié)果，可繪制出相應(yīng)的功率曲線，從而推導(dǎo)出風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率。通過這一技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)轱L(fēng)機(jī)的選擇提供重要幫助，從根本上改善了預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確的問題，極大程度上提升了預(yù)測(cè)的精確度。

2.8 無功補(bǔ)償方式

①在現(xiàn)有風(fēng)電系統(tǒng)內(nèi)，安裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，如SVC 補(bǔ)償器等，通過這類設(shè)備的使用，優(yōu)化風(fēng)電的暫態(tài)性能，增加風(fēng)電場(chǎng)的最高容量。確定SVC 容量時(shí)，不僅要考慮SVC 的調(diào)節(jié)性，同時(shí)還要集合風(fēng)電場(chǎng)的容量，關(guān)注電網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。②改進(jìn)電網(wǎng)結(jié)果，或者是提高符合功率，也會(huì)增加風(fēng)電容量，并優(yōu)化風(fēng)電暫態(tài)性能。③對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確保其無故障之后，將低電壓的部分隔離，使得整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，能夠一直采用最佳的控制方式。但需要注意的是，若隔離部分較多時(shí)，應(yīng)分析電網(wǎng)調(diào)控性能，確保低電壓部分隔離的同時(shí)，不會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)功能造成較大的應(yīng)用，使電網(wǎng)可以安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

3 結(jié)語

風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展在一定程度上影響著我國(guó)未來的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，在開展風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中，相關(guān)的部門要進(jìn)一步提升風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組優(yōu)化，解決提出問題，并不斷優(yōu)化管理，提升設(shè)備質(zhì)量，促進(jìn)整體風(fēng)電電能質(zhì)量提升。