潘文幸

（潤建股份有限公司，廣西 南寧 530000）

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)是世界各國最為普遍的風(fēng)力發(fā)電模式，通過電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償與支撐，其設(shè)計(jì)及有關(guān)系統(tǒng)的控制必須按照風(fēng)電的基本要求及操作原理進(jìn)行有針對(duì)性的工作，并制訂出相應(yīng)的控制及優(yōu)化方案，以使現(xiàn)有風(fēng)力資源得到更大程度的開發(fā)與利用。但是，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用和操作中仍存在諸多問題，尤其是風(fēng)電具有隨機(jī)、間歇等特性，其在吸納風(fēng)電功率后，可能會(huì)引起端網(wǎng)電壓波動(dòng)，從而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，一旦發(fā)生配線故障，極易引起電壓跌落、失穩(wěn)，甚至不能恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。此外，在檢修完畢后，由于無功供應(yīng)不足，需對(duì)其它問題進(jìn)行妥善處理。因此，必須對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行有效控制和優(yōu)化。

1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的中心思想是在市政發(fā)電的基礎(chǔ)上，將風(fēng)電與市政電網(wǎng)有效結(jié)合起來，以風(fēng)電為城市供電。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)降低環(huán)境污染、推動(dòng)新能源開發(fā)、節(jié)省常規(guī)能源、提高資源利用率、降低非再生能源消耗具有重要意義。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)明顯，但易受風(fēng)力資源制約。當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)，在沒有提前響應(yīng)的情況下，將會(huì)給人們的生產(chǎn)、生活帶來很大的影響。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)公司目前的技術(shù)水平尚不足以實(shí)現(xiàn)高效的風(fēng)能存儲(chǔ)，這也會(huì)嚴(yán)重影響到公司的風(fēng)力發(fā)電效率。

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)采用的是微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)由微力載荷結(jié)構(gòu)、能量轉(zhuǎn)化裝置、能量儲(chǔ)存裝置等構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用中，通過相互協(xié)作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的充分、公平的利用，有效地分布并最大限度地使用能量，能夠改善電網(wǎng)聯(lián)接的效率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)甚至在故障發(fā)生之前，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的預(yù)警和處理。在電氣聯(lián)接系統(tǒng)的可靠工作方面，單片機(jī)可根據(jù)實(shí)際情況，靈活地調(diào)節(jié)負(fù)荷等級(jí)，以保證整個(gè)聯(lián)接系統(tǒng)的穩(wěn)定。此外，在工程實(shí)踐中，該系統(tǒng)不僅能夠保證電網(wǎng)的穩(wěn)定供電，而且還能夠在本地供電之后，將宏電網(wǎng)中繼系統(tǒng)的剩余電能直接并網(wǎng)。

2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)存在的問題

2.1 存在孤島效應(yīng)

所謂“孤島效應(yīng)”，就是在某一區(qū)域內(nèi)形成了一條電流通路，但卻沒有一條電流流過，這是由電網(wǎng)故障造成的電能損耗以及由用戶側(cè)供電系統(tǒng)脫離城市電網(wǎng)造成的風(fēng)電場與城市電網(wǎng)斷開聯(lián)系，從而造成“孤島效應(yīng)”效應(yīng)。當(dāng)風(fēng)電出力超出預(yù)期時(shí)，會(huì)造成終端供電短缺，并在隔離區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)壓、沖擊等現(xiàn)象，對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。為此，需要在聯(lián)接時(shí)，通過對(duì)電網(wǎng)的電壓、頻率變化進(jìn)行探測，并對(duì)電網(wǎng)的頻率變化、相位跳變、失穩(wěn)電流等進(jìn)行監(jiān)控。隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其所帶來的“孤島效應(yīng)”將加劇，因此必須對(duì)其進(jìn)行有效治理，才能保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 穩(wěn)定性不足

風(fēng)力發(fā)電過程中，風(fēng)速對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用，由于不能實(shí)現(xiàn)人工調(diào)控，造成了機(jī)組的頻率、功率波動(dòng)較大，同時(shí)也造成了系統(tǒng)的電壓波動(dòng)、閃變等問題。風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中會(huì)引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，造成機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定。風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)主要由起動(dòng)、停機(jī)、開關(guān)三部分組成，其中，電源偏差只適合多個(gè)機(jī)組或多個(gè)繞組的風(fēng)電機(jī)組，且易引起風(fēng)電機(jī)組的功率波動(dòng)、電壓波動(dòng)，且在風(fēng)電機(jī)組終端及鄰近節(jié)點(diǎn)間不穩(wěn)定。風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)融合后，將對(duì)電網(wǎng)的電壓、頻率穩(wěn)定與安全產(chǎn)生影響。在風(fēng)電并網(wǎng)的初始階段，電網(wǎng)中極易產(chǎn)生電壓諧波，當(dāng)風(fēng)力發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組及風(fēng)場周圍會(huì)產(chǎn)生電壓閃變，從而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 發(fā)電機(jī)技術(shù)的先進(jìn)性不足

目前，我國風(fēng)電行業(yè)主要是從國外引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在著很多問題，比如風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行機(jī)理還不完善等，在新技術(shù)的運(yùn)用上也有一定的盲目性和不確定性，在發(fā)電能力逐步提高的同時(shí)，也會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。目前，雖然對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)機(jī)組的操作有相似的規(guī)范，但是在有關(guān)規(guī)范中缺乏對(duì)機(jī)組的可靠度的評(píng)價(jià)，導(dǎo)致對(duì)機(jī)組操作的可靠度評(píng)價(jià)并未得到有效的實(shí)施。究其原因，主要是由于機(jī)組廠商只注重經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)機(jī)組投產(chǎn)后的經(jīng)營控制存在著某種程度的疏忽。由于缺乏對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全性和可靠性的深入研究，將直接影響到風(fēng)機(jī)的正常工作，從而使電網(wǎng)在并網(wǎng)電網(wǎng)后經(jīng)常發(fā)生的安全事故。因此，應(yīng)從我國實(shí)際情況出發(fā)，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)和光伏系統(tǒng)的技術(shù)研究，提高風(fēng)力渦輪機(jī)和光電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并采用新技術(shù)降低風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)后的不穩(wěn)定性。

2.4 給企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)壓力

風(fēng)電將會(huì)成為未來最大的一種能源，但從經(jīng)濟(jì)效益上講，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的發(fā)電方式產(chǎn)生沖擊，造成火力發(fā)電廠和裝備的限制，從而使電力企業(yè)面臨更大的經(jīng)濟(jì)損失。與此同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)以后仍然存在著故障的危險(xiǎn)，設(shè)備的維修耗費(fèi)了大量的金錢和人力，而且后期的維修和研發(fā)，還會(huì)對(duì)電站的運(yùn)行成本產(chǎn)生影響，所以，必須要強(qiáng)化對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的研究。

3 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略

3.1 能源控制

能源控制既是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保的根本要求，又是風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)公司在并網(wǎng)模式下的核心控制內(nèi)容，因此，需要針對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，制訂出符合電力系統(tǒng)特點(diǎn)的電力系統(tǒng)控制方案。尤其是對(duì)于分散式裝置，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制方式，能夠達(dá)到較好的節(jié)能效果；通過對(duì)負(fù)載水平的柔性調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)能夠更好地發(fā)揮供能功能，實(shí)現(xiàn)多種能量的高效利用。同時(shí)，利用風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的能源控制與調(diào)度技術(shù)，能夠在發(fā)生故障時(shí)對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷區(qū)進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)，保證對(duì)外界指令的快速響應(yīng)，保證電網(wǎng)負(fù)荷的穩(wěn)定。

3.2 微網(wǎng)系統(tǒng)控制

在對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)微網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行控制時(shí)，要針對(duì)不同的微電源種類，根據(jù)具體情況采用相似的控制方式，有目標(biāo)地進(jìn)行控制。在實(shí)際操作中，為了保證系統(tǒng)的正常工作，需要對(duì)各部件的工作狀況進(jìn)行分析；對(duì)每臺(tái)機(jī)組進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)速，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，可取得較好的控制效果；在進(jìn)行控制工作時(shí)，工作人員要與各種設(shè)備以及電網(wǎng)對(duì)電源的總體需求相結(jié)合，強(qiáng)化對(duì)核心技術(shù)以及關(guān)鍵設(shè)備的工作狀況的監(jiān)控并及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備工作狀況的異常與問題，以保證風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)在微卡的支撐下能夠穩(wěn)定地工作，保證系統(tǒng)架構(gòu)的穩(wěn)定性與功能的高效性。

3.3 故障控制

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍與需求日趨復(fù)雜，如何對(duì)其進(jìn)行診斷與排除，是風(fēng)電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全面、穩(wěn)定運(yùn)行的前提[2]。當(dāng)前，DER 防護(hù)體系的應(yīng)用主要是對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行檢測、維護(hù)和維修。該控制與保護(hù)系統(tǒng)能有效地避免過壓、欠壓等不正常現(xiàn)象，并能有效地對(duì)分布式電源進(jìn)行監(jiān)控與保護(hù)。同時(shí)，考慮到風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)所涉及的裝置數(shù)目不一樣，需要針對(duì)裝置數(shù)目進(jìn)行相應(yīng)的裝置配置，以保證裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)而提高繼電保護(hù)的效率。即便是在設(shè)備發(fā)生了硬件失效或發(fā)生了緊急情況下，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)公司的自動(dòng)保護(hù)功能仍可用于將系統(tǒng)失效對(duì)電網(wǎng)的操作所造成的沖擊降到最低。

4 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化策略

4.1 研發(fā)新型配電系統(tǒng)

為解決風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)問題，有必要進(jìn)行新型配電網(wǎng)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行初期設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)建設(shè)場地進(jìn)行實(shí)地考察，對(duì)風(fēng)電發(fā)電的環(huán)境進(jìn)行分析，制定切實(shí)可行的風(fēng)電并網(wǎng)方案，從而保證配電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，并達(dá)到節(jié)能降耗的目的。如風(fēng)電系統(tǒng)應(yīng)集中建設(shè)，風(fēng)電系統(tǒng)需設(shè)于風(fēng)電資源較多的區(qū)域，當(dāng)距離用電負(fù)荷中心較遠(yuǎn)、傳輸線路較長、通道斷面受限時(shí)，需對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行重新規(guī)劃，以降低亞同步振動(dòng)問題。

4.2 確定關(guān)鍵性數(shù)據(jù)

在電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的大環(huán)境中，關(guān)鍵參數(shù)主要指的是最大投入量指數(shù)和潮汐流量指數(shù)。以風(fēng)能發(fā)電為背景，研究了風(fēng)能的分布狀況。為使技術(shù)人員更好地了解風(fēng)電運(yùn)行過程，需在風(fēng)電場設(shè)計(jì)階段確定最大輸入功率及相應(yīng)的數(shù)據(jù)水平，從而提升風(fēng)電運(yùn)行可靠性，而只有提高了可靠性，才能提高風(fēng)電的總體效率。在確定某一指數(shù)的具體數(shù)值范圍時(shí)，必須綜合考慮各種影響因素，其中既有區(qū)域性的，也有特殊性的，技術(shù)員需與風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)所操作的特定環(huán)境相結(jié)合，對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

4.3 保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性

要保證電壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就必須從整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)著手，增強(qiáng)其技術(shù)性，同時(shí)保證在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中硬件設(shè)備的選擇具有正確性和適用性，以保證整個(gè)電壓系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和使用技術(shù)在設(shè)計(jì)階段都能滿足要求[3]。當(dāng)運(yùn)用智能化、自動(dòng)化控制設(shè)備時(shí)，需要重視設(shè)備的適當(dāng)設(shè)置，以避免新能源發(fā)電方式（如風(fēng)力發(fā)電）中可能出現(xiàn)的干擾因素對(duì)系統(tǒng)造成不利影響，提升應(yīng)用效果和智能化水平。同時(shí)，為使風(fēng)電電站的應(yīng)用更加安全、可靠，有關(guān)人員應(yīng)該對(duì)異步發(fā)電機(jī)的使用給予足夠的關(guān)注和認(rèn)識(shí)，并在風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展的背景下，盡量避免多臺(tái)電機(jī)設(shè)備并網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)的電壓系統(tǒng)異?，F(xiàn)象。同時(shí)，有關(guān)部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)的對(duì)策，確保電網(wǎng)的總體穩(wěn)定，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

4.4 提高對(duì)“孤島效應(yīng)”的檢測

主動(dòng)頻率偏移檢測法是一種基于逆變電源輸出頻率的有源故障診斷方法。在電力系統(tǒng)中，由于逆變負(fù)荷的作用，當(dāng)發(fā)生停電時(shí)，其輸出電壓將發(fā)生翻轉(zhuǎn)。當(dāng)逆變電源并網(wǎng)電網(wǎng)后，其輸出頻率將有不同程度的偏差，如果偏差持續(xù)時(shí)間太長，將產(chǎn)生“孤島效應(yīng)”。正確使用檢測儀可以發(fā)現(xiàn)此異常，檢測儀會(huì)將檢測儀的結(jié)果傳送至監(jiān)管人員，讓監(jiān)管人員及時(shí)處理。而被動(dòng)相位偏移檢測法一般都是基于電網(wǎng)的正常工作參數(shù)。在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)時(shí)，逆變器起到了主動(dòng)的作用，使得電力系統(tǒng)和公網(wǎng)在同一頻率上運(yùn)行，一旦公網(wǎng)發(fā)生故障，將會(huì)造成全網(wǎng)的癱瘓。在并網(wǎng)時(shí)，逆變電源的電流輸出和公網(wǎng)的電流有很大的相位差，可以通過這個(gè)相位差來了解電壓和電流的變化情況，并對(duì)其進(jìn)行分析。

4.5 對(duì)保護(hù)設(shè)備的改進(jìn)

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)際工作中，為了減小其對(duì)發(fā)電機(jī)的不利影響，必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。目前，較為普遍的是無功補(bǔ)償型動(dòng)態(tài)保護(hù)，它可以有效地提高供電站的安全能力。在具體的設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)掌握無功補(bǔ)償裝置的容量指標(biāo)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及風(fēng)電場的容量指標(biāo)，并將其與相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作的參考指標(biāo)結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，從而對(duì)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改善。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過低壓模式對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)切斷，從而保證整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及總體運(yùn)行狀況的穩(wěn)定性[4]。在實(shí)際操作過程中，需要對(duì)電力系統(tǒng)的控制和負(fù)荷的運(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握。在一些特定的條件下，為保證電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，可以選擇直流電源的運(yùn)行模式，使電網(wǎng)以恒定的電流并網(wǎng)。

4.6 加強(qiáng)系統(tǒng)的后期維護(hù)

系統(tǒng)的后期維護(hù)工作對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)作及對(duì)其進(jìn)行有效控制具有十分重要的意義。

后期維護(hù)工作的內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面：一是安全控制；二是維修控制。

從安全控制角度來看：一是要持續(xù)改進(jìn)和完善有關(guān)的安全生產(chǎn)控制制度，明確各項(xiàng)安全需求；二是要強(qiáng)化風(fēng)電建設(shè)的全過程控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電建設(shè)的先期控制，確保風(fēng)電建設(shè)的安全、可控；三是要對(duì)風(fēng)電設(shè)備的制造流程進(jìn)行規(guī)范化的控制。

在維修控制上，要對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備做好日常的維修，并對(duì)其進(jìn)行定期的檢查，以確保風(fēng)電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)，要強(qiáng)化對(duì)有關(guān)附件的控制，保證在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行替換，避免影響到全網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而提升風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效能。

5 結(jié)語

總之，風(fēng)能發(fā)電是新能源的一種重要形式，推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)電網(wǎng)仍是我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的必然選擇，也是提升電力傳輸品質(zhì)與效率的一項(xiàng)重要舉措。在風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行中，要根據(jù)風(fēng)電的特性和風(fēng)電的運(yùn)行方式，對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分進(jìn)行有效的控制，使其在并網(wǎng)條件下能夠更好地發(fā)揮風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的作用，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。同時(shí)，在并網(wǎng)電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，技術(shù)人員必須對(duì)各種系統(tǒng)的工作狀態(tài)及裝置的工作原理進(jìn)行更為準(zhǔn)確、高效的分析，以保證新型、智能化、綠色環(huán)保的電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行模式的推廣應(yīng)用。