分散式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究綜述

李急智

【摘 要】隨著經(jīng)濟增速放緩，社會用電量減少，風(fēng)電消納問題日益突出，目前我國的集中風(fēng)電發(fā)展受到很大限制。相較于集中式風(fēng)電，分散式風(fēng)電有諸多優(yōu)點。在化石能源和水資源較為貧瘩的地區(qū)，可利用分散式風(fēng)電補償負荷突然增長，免去擴容輸配電設(shè)備所產(chǎn)生的費用；在負荷集中的周邊地區(qū)修建分散式風(fēng)電場，可減小用電壓力，推遲電網(wǎng)的擴建，增加政策制定的彈性并緩解資金壓力。本文主要探討了分散式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】分散式；風(fēng)力發(fā)電；并網(wǎng)；關(guān)鍵技術(shù)

分散式風(fēng)電布局靈活，可以布置在需要提高電能質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)末端，同時達到提高電能質(zhì)量的目的。另外，分散式風(fēng)電還可參與調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，拓展風(fēng)電的利用場景。

1分散式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

1.1分散式風(fēng)力發(fā)電的定義

分散式接入風(fēng)電項目是指位于用電負荷中心附近，不以大規(guī)模遠距離輸送電力為目的，所產(chǎn)生的電力就近接入電網(wǎng)，并在當(dāng)?shù)叵{的風(fēng)電項目。分散式接入風(fēng)電項目應(yīng)具備以下幾個條件：

1.1.1應(yīng)充分利用電網(wǎng)現(xiàn)有的變電站和線路，原則上不新建高壓送出線路和110kV、66kV變電站，并盡可能不新建其他電壓等級的輸變電設(shè)施；

1.1.2接入當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)110kV或66kV降壓變壓器及以下電壓等級的配電變壓器；

1.1.3在一個電網(wǎng)接入點接入的風(fēng)電裝機容量上限以不影響電網(wǎng)安全運行為前提合理確定，統(tǒng)籌考慮各電壓等級的接入總?cè)萘?，并鼓勵多點接入；

1.1.4除示范項目外，單個項目總裝機容量不超過50MW。

1.2分散式風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點

分散式風(fēng)力發(fā)電最明顯的優(yōu)點就是不用像大規(guī)模風(fēng)電場一樣新建高電壓、遠距離輸電線路，由于其容量小，本地消納的壓力要小得多，還有如下幾方面的優(yōu)點。

1.2.1對電力用戶：①提高了電力供應(yīng)的可靠性；②在電力用戶附近，恰當(dāng)?shù)牡攸c安裝合適的風(fēng)電機組，更加充分地利用了風(fēng)能資源，不用新建長距離輸電線路，進而大幅度減小了線路的損耗，提高了能量轉(zhuǎn)換的效率；③依靠先進的電力電子設(shè)備進行有效地控制，滿足了電力用戶對電能質(zhì)量的要求；④為我國輸電線路、配電設(shè)施延伸不到的偏遠地區(qū)，提供電力供應(yīng)；⑤為電力用戶使用電力提供多種選擇的途徑。

1.2.2對風(fēng)電開發(fā)商：①因為分散式風(fēng)力發(fā)電選址靈活、體積小、投資小、建設(shè)周期短，風(fēng)電開發(fā)商能夠?qū)ν顿Y形式進行有效評估，從而可以減小投資的風(fēng)險；②以相對低的資金成本進入競爭的電力市場；③由于分散式風(fēng)力發(fā)電屬于可再生能源，可以享受可再生能源的一些優(yōu)惠政策；④建在電力用戶附近，一定程度地節(jié)約了輸電線路和設(shè)備的資金花費；⑤緊密配合負荷增長，擴建周期短，避免了無謂的資金花費。

1.2.3對電網(wǎng)公司：①風(fēng)電機組就地安裝，靠近電力用戶，節(jié)省了遠距離傳輸?shù)妮旊娋€路和配電系統(tǒng)的投資；②在沒有輸配電網(wǎng)絡(luò)的偏遠地區(qū)，電網(wǎng)公司架設(shè)輸電線路和配電設(shè)施的成本極高，所以分散式風(fēng)力發(fā)電為電網(wǎng)公司緩解了壓力；③分散式風(fēng)力發(fā)電亦可以作為今后應(yīng)對電網(wǎng)大面積停電的一種重要措施。通過設(shè)置和調(diào)節(jié)應(yīng)用于分散式風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機可以具有容易自啟動、恢復(fù)速度快等特點，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電事故后，這些發(fā)電機可作為電網(wǎng)“黑啟動”的電源，減少停電造成的損失，因此，分散式風(fēng)電是大電網(wǎng)的有益補充。

1.2.4對社會大眾的好處：①緩解了日益緊張的化石能源的壓力，削減了溫室氣體的排放，既滿足了人們持續(xù)增長的電力需求，又響應(yīng)了環(huán)境保護的號召；②需要專業(yè)人才，可以一定程度地緩解就業(yè)壓力；③亦可以是分布式發(fā)電或微網(wǎng)的一部分，在發(fā)展過程中可以與其他能源發(fā)電項目有效結(jié)合，進一步提高供電的可靠性；④對電能供應(yīng)的可靠性和電能質(zhì)量有更高要求，所以促進了我國風(fēng)機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)升級，進一步提高了整個國家的勞動生產(chǎn)率。

2分散式風(fēng)電機組接入對配網(wǎng)特性的影響

分散式風(fēng)電的滲透率不斷增長會對配電網(wǎng)的特性產(chǎn)生很大影響。如正常運行時風(fēng)速的隨機波動性引起輸出功率的變化給電網(wǎng)帶來波動與閃變、風(fēng)速低于切出風(fēng)速時風(fēng)機從額定運行狀態(tài)退出、短路電流水平增大引起的電壓暫降特征的改變等。雖然分散式風(fēng)電并網(wǎng)產(chǎn)生了一些負面影響，但同時也有積極的一面。當(dāng)電網(wǎng)中關(guān)聯(lián)負載較大時，它能及時提供電能，緩解傳輸線路上的輸電壓力，從而降低電網(wǎng)出現(xiàn)故障的可能性。風(fēng)電機組還能提供一定的無功支撐，增強母線節(jié)點穩(wěn)定電壓的能力。

3分散式風(fēng)電運行與控制技術(shù)

3.1風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)

為了更高效地利用風(fēng)能，需要對風(fēng)功率進行預(yù)測，以便調(diào)度人員制定發(fā)電計劃和實時調(diào)峰調(diào)頻。

從經(jīng)濟調(diào)度出發(fā)，研究大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)，建立了風(fēng)電短期出力預(yù)測模型。在做出風(fēng)功率預(yù)測的同時，也分析了預(yù)測誤差的大小。通過預(yù)測誤差原因，對預(yù)測結(jié)果加以修正，使之更加接近真實值。但這種改進預(yù)測準(zhǔn)確度的方法仍有待完善。

同樣為了減少預(yù)測誤差帶來的影響，從置信度的角度考慮，為不同級別的調(diào)度決策預(yù)測了不同可靠度水平的風(fēng)電功率。在電網(wǎng)進行調(diào)度決策時，可根據(jù)決策的重要程度和時限因素挑選基荷出力、次級出力以及高頻出力三級別的預(yù)測結(jié)果進行分析。

從時效性角度做了更全面的考量。在制定日前和日內(nèi)調(diào)度計劃時，同時考慮風(fēng)電預(yù)測功率和預(yù)測的“誤差帶”。且這個調(diào)度計劃還將根據(jù)實時取得的最新信息加以調(diào)整，以便更好地幫助調(diào)度員做出相應(yīng)決定。

3.2監(jiān)視與集中控制技術(shù)

通過集中安排不同地區(qū)風(fēng)電機組有功出力，協(xié)調(diào)控制無功出力來提高電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。為了能夠做到遠程監(jiān)控和遠程通信，需要解決通信系統(tǒng)的問題，使之能夠?qū)崟r可靠地傳遞信息。另外，還需要設(shè)立一個計算能力強大的數(shù)據(jù)分析平臺，能夠分析匯聚在此的海量風(fēng)電機組運行信息。

從配電網(wǎng)尚未建立電力通信網(wǎng)絡(luò)，自動化信息采集困難，投資建設(shè)專用通信網(wǎng)絡(luò)性價比非常低的現(xiàn)狀出發(fā)，考慮到分散式風(fēng)電對配網(wǎng)的影響，指出應(yīng)建立集中監(jiān)控平臺和運行管理系統(tǒng)，負責(zé)多個分散式風(fēng)電場運行管理，因地制宜采取多種形式建立連接分散式風(fēng)電場和監(jiān)控中心的可靠通道。

可以參考風(fēng)電場集控系統(tǒng)。該集控系統(tǒng)下又分為各子集控系統(tǒng)，包括風(fēng)機數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、變電站數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)、風(fēng)電機組自動增益控制系統(tǒng)、風(fēng)電機組自動電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。這套系統(tǒng)能夠配合調(diào)度人員遠程完成風(fēng)電場的各項運行需求。

3.3無功協(xié)調(diào)控制技術(shù)

運用無功電壓協(xié)調(diào)控制技術(shù)可緩解配網(wǎng)電壓波動，防止因此產(chǎn)生的風(fēng)電機組脫網(wǎng)事故。

無功協(xié)調(diào)控制策略分為無功預(yù)測層、無功整定層和無功分配層。預(yù)測層負責(zé)預(yù)測風(fēng)電機組的無功輸出能力，整定層根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備運行狀況設(shè)定無功出力目標(biāo)，分配層將無功出力目標(biāo)根據(jù)風(fēng)機的實際運行狀況分配給每臺風(fēng)機，補償系統(tǒng)無功。對提出的策略進行了驗證，證實能夠增加電壓支撐，降低風(fēng)電場的損耗。

3.4分散式風(fēng)電規(guī)劃

分散式風(fēng)電的規(guī)劃難度大，在選址和定容時不能只根據(jù)當(dāng)前范圍內(nèi)的負荷需求，還需綜合考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、未來負荷增長性、二次設(shè)備更新投入成本等?；谫Y源和電網(wǎng)適應(yīng)性評估的風(fēng)電分散式開發(fā)的優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)，考慮風(fēng)能資源的同時，以降低系統(tǒng)網(wǎng)損，提高電能質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo)，提升電網(wǎng)運行的可靠性。

4結(jié)論

綜上所述，分散式風(fēng)電系統(tǒng)具有規(guī)模小、見效快且能源利用率高的優(yōu)勢。目前我國的分散式風(fēng)電發(fā)展水平還不成熟，需要借鑒全球發(fā)展經(jīng)驗、集中攻關(guān)并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)并積極推廣實踐。

參考文獻：

[1]王彩霞，李瓊慧促進我國分散式風(fēng)電發(fā)展的政策研究[J].風(fēng)能，2013（9）：46一52

[2]孫立成，趙志強，王新剛，等分散式風(fēng)電接入對地區(qū)電網(wǎng)運行影響的研究[J].四川電力技術(shù)，2013（2）：73一76

（作者單位：華能國際電力股份有限公司河北清潔能源分公司）