關于風電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術的探討

姚金玲

（河北省電力勘測設計研究院，河北石家莊 050031）

關于風電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術的探討

姚金玲

（河北省電力勘測設計研究院，河北石家莊 050031）

隨著節(jié)能環(huán)保理念的不斷深入，對電網(wǎng)建設也提出更高的要求?，F(xiàn)代電網(wǎng)建設中更側重于不斷開發(fā)與利用可再生能源，以風能為例，成為當前電網(wǎng)建設中的主要能源之一，但新能源利用下所帶來的輸電網(wǎng)安全運行問題也日漸突出，成為風能源利用中需考慮的主要問題。本文主要對風電新能源發(fā)展對電網(wǎng)帶來的影響、風電并網(wǎng)性能改進措施以及風電并網(wǎng)技術發(fā)展趨勢進行探析。

風電新能源 電網(wǎng) 并網(wǎng)技術 發(fā)展趨勢

風力發(fā)電技術快速發(fā)展背景下，并網(wǎng)規(guī)模、單機容量都呈現(xiàn)出明顯的擴大趨勢，較多單機容量較大的發(fā)電機逐漸投入使用中。盡管這種風力發(fā)電比例的增加可滿足新能源利用要求，但其應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，本文對風電并網(wǎng)技術發(fā)展研究，具有十分重要的意義。

1 風電新能源發(fā)展對電網(wǎng)影響研究

風電新能源本身表現(xiàn)為風能穩(wěn)定性不高、風能儲存量少、能量密度小、風輪機效率低以及電網(wǎng)不可調(diào)度性等特點。以風輪機的運行為例，其以59.3%為風輪最大效率，但事實上，實際運行中的風輪機很難達到這一效率標準。有相關研究發(fā)現(xiàn)，對于垂直風輪機，其主要介于30%-40%的最大效率，而水平軸風輪機以20%-50%作為最大效率。由此可見，風電新能源利用中存在一定的問題。從電網(wǎng)受風電新能源的影響看，以電能質(zhì)量為例，風力發(fā)電中易產(chǎn)生閃變與諧波污染問題。通常風力發(fā)電機組啟動下，會有較大沖擊電流產(chǎn)生，其直接影響配電網(wǎng)的可靠運行，加上風機塔影效應的存在，會使風機出力波動問題出現(xiàn)，一旦波動處于電壓閃變頻率內(nèi)，便帶來閃變問題。而對于諧波污染，其產(chǎn)生的原因主要表現(xiàn)在發(fā)電機電子裝置、并聯(lián)補償電容器運行中，因諧振出現(xiàn)而造成諧波污染。此外，風電新能源應用下，對電力穩(wěn)定性影響也極為明顯，如風速擾動、三相短路故障、發(fā)電機線路開斷等情況，都會使系統(tǒng)電壓與頻率出現(xiàn)波動。以電網(wǎng)調(diào)度受風電能源的影響為例，由于并網(wǎng)運行中，風電調(diào)峰容量有限，這樣風電場整體運行都將受到影響，假若風電場功率問題難以被平衡，便需對風力發(fā)電功率進行限制。加上風電隨機性、不確定性特征，更無法使電網(wǎng)運行成本、投資成本等得到保障。所以，風電新能源利用下，對整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行都將造成影響［1］。

2 風電并網(wǎng)性能的改進措施

2.1 科學預測發(fā)電功率

風電接入下，較多如電網(wǎng)適應性差、調(diào)峰等問題日益明顯，國內(nèi)較多地區(qū)頻繁發(fā)生風電場被限制出力情況。在此背景下，如何做好風電隨機性的控制以及可調(diào)度電源的轉換，成為風力發(fā)電需考慮的主要問題?，F(xiàn)行關于發(fā)電功率的預測，常見的方法主要以NWP模型構建為，其可預測短時間內(nèi)的發(fā)電功率，具體預測中，要求以NWP系統(tǒng)預測結果為依據(jù)，對天氣數(shù)據(jù)如氣溫、氣壓、風向以及風速等進行判斷，在此基礎上結合風機周邊情況，使機組輪轂高度相關信息被預測，最后配合相應的功率曲線，可使輸出功率結果被推測出來。采用這種方式，對于以往不同天氣條件下預測偏差問題，都能夠有效解決，預測精度較高。

2.2 無功功率補償

由于風力發(fā)電接入后，并網(wǎng)運行中將有電壓穩(wěn)定問題存在，此時對于該問題的控制應注意從無功功率補償著手，一般風力發(fā)電中選用異步發(fā)電機，更易使電壓穩(wěn)定受到影響。因此，在解決電網(wǎng)穩(wěn)定性問題中，可采取相應的措施，包括：第一，風電機組低電壓的切除。當風電機組運行中出現(xiàn)低電壓故障后，會自動停止運行，以此避免電網(wǎng)不穩(wěn)定問題發(fā)生，需注意低電壓切除中，應做好電網(wǎng)調(diào)控能力的分析。第二，將相應的補償裝置引入其中。如裝置SVC，其對于系統(tǒng)暫態(tài)性的改善具有明顯效果，有利于風電場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、風電場容量以及電網(wǎng)結構等。第三，將直流接入電網(wǎng)引入其中。國內(nèi)較多地區(qū)在海上風電場建設中，便考慮以HDVC并網(wǎng)方案為主，可滿足無功功率補償要求［2］。

3 風電并網(wǎng)技術發(fā)展趨勢

現(xiàn)代風電并網(wǎng)技術發(fā)展下，變化的趨勢主要表現(xiàn)在發(fā)電機組與發(fā)電容量預測兩方面。如發(fā)電機組方面，較多MW級大型風電機組將投入使用，即使風電設備以大型化為主，也不會增加風力發(fā)電成本。同時，較多微型、小型等分散式機組將投入使用，這些機組的應用對于分散區(qū)域難以供電等問題可起到明顯的改善作用。另外，在預測風力發(fā)電容量方面，需做好功率的準確預測，具體預測的方法包括：第一，注重NWP模型的運用，使其在預報氣象信息方面發(fā)揮重要作用，避免不同天氣條件下功率預測出現(xiàn)偏差。第二，注重計算機技術、遙感技術的運用，這些技術能夠對NWP模型分辨率進行改善，天氣預測準確度由此得以提升。第三，功率預測中融入更多智能方法如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡、小波分析等，利用其對預測模型進行改善，可減少功率預測中的誤差。第四，在預測短時間內(nèi)功率過程中，要求所選用的氣象數(shù)據(jù)應具有實時性特征，以此使預測精度得以提高［3］。

4 結語

風電新能源的利用是現(xiàn)行電網(wǎng)建設的必然要求。然而風電新能源引入后，因并網(wǎng)運行中會帶來較多弊病，如閃變問題、諧波污染問題以及電壓穩(wěn)定性等問題，要求做好風電并網(wǎng)性能的改善，可考慮從預測發(fā)電功率、無功功率補償?shù)确矫嬷?。同時在未來風電并網(wǎng)技術利用中，應注意將更多分散式發(fā)電機組、功率預測先進理論與技術引入其中，這樣才可使風電能源利用問題得以解決。

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

［2］蘭忠成.中國風能資源的地理分布及風電開發(fā)利用初步評價［D］.蘭州大學，2015.

［3］劉喬.風電新能源發(fā)展與并網(wǎng)技術分析評價［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設計研究院，中級工程師，本科，研究方向風電新能源技術。