風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制研究

鐘志慶 孟文強(qiáng) 楊忠加 鄭安明 朱建剛

1.青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司 青海西寧 810000 2.國核信息科技有限公司 山東濟(jì)南 250101

自21世紀(jì)以來，為了更好應(yīng)對氣候變化，緩解我國所面臨的能源緊缺形勢，我國積極調(diào)整國家能源戰(zhàn)略，并明確了可再生能源發(fā)展目標(biāo)。風(fēng)力發(fā)電不僅不會產(chǎn)生污染，而且風(fēng)能是源源不斷的，這也使我國逐漸重視風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并大力開展風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，深入研究風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)。對于風(fēng)力發(fā)電來說，其具有較強(qiáng)的波動性和間歇性特點(diǎn)，這也導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)過程中極易影響到電力系統(tǒng)安全，并且還會產(chǎn)生調(diào)頻、調(diào)峰等各種技術(shù)難題。為了解決消除風(fēng)力發(fā)電所帶來的不利影響，就需要對風(fēng)電并網(wǎng)性能及風(fēng)電消納技術(shù)進(jìn)行深入的研究。為此，以下便深入探究我國的風(fēng)電發(fā)展及其并網(wǎng)技術(shù)，以期能夠促進(jìn)我國在能源戰(zhàn)略上的快速調(diào)整，實現(xiàn)對電力發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。

1 我國新能源風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

在當(dāng)前階段，風(fēng)能等一系列新型能源的開發(fā)，不僅滿足了市場的需求，同時也符合國家的相關(guān)政策，并且也與我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相吻合。在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用時，必須保證其生產(chǎn)的技術(shù)水平能夠切實提高，這樣才能夠促進(jìn)風(fēng)能等新型能源在應(yīng)用的過程中，可以更快、更好地滿足國家的全面發(fā)展需要。我國政府對于風(fēng)能的開發(fā)十分重視，也在進(jìn)行規(guī)劃的過程中，不斷加大了對風(fēng)能開發(fā)的資金投入力度，也在政策上作了相應(yīng)的調(diào)整，在政府的幫扶下，我國的風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展十分迅速，從而保證了我國的電能生產(chǎn)水平也在不斷的提高。隨著我國科研力量的不斷提升，在攻克風(fēng)能發(fā)電當(dāng)中的一些問題上也取得了十分優(yōu)異的成績，值得欣喜的是，中國自主研發(fā)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備已經(jīng)有了廣闊的國際市場，且隨著國內(nèi)生產(chǎn)總值的提升，也帶動了我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的高速發(fā)展，進(jìn)而保證了我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的生產(chǎn)規(guī)模和運(yùn)營效果都能夠得以提升。

2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

2.1 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)可以為風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實施后的電能穩(wěn)定供應(yīng)提供有效保證。同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要是結(jié)合風(fēng)力發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)，在同步發(fā)電機(jī)的實際運(yùn)行過程中，可以為輸出功率的有效性提供良好保障，在發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行過程中，還可以為其提供必要的無功功率，同時顯著提升周波的穩(wěn)定性，促進(jìn)電能的穩(wěn)定傳輸。當(dāng)前發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)在電力發(fā)電中得到了有效應(yīng)用，通常情況下該技術(shù)存在比較明顯的風(fēng)速波動，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子存在較大的轉(zhuǎn)矩波動，從而使發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)調(diào)速受到一定影響，其調(diào)速準(zhǔn)確性很難得到有效保證。因此就需要深入分析兩種發(fā)電機(jī)結(jié)合后的相關(guān)隱患，將變頻器合理安裝在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)組之間，進(jìn)而使電力系統(tǒng)的振蕩得到有效避免，進(jìn)一步增強(qiáng)并網(wǎng)的整體質(zhì)量。

2.2 風(fēng)電功率預(yù)測

在風(fēng)電并網(wǎng)中，往往還需要對某段時期的風(fēng)電功率進(jìn)行預(yù)測，而功率預(yù)測則需建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過功率預(yù)測能夠掌握風(fēng)電的波動規(guī)律，進(jìn)而避免風(fēng)電不確定性給發(fā)電造成的不利影響，可以說，風(fēng)電功率預(yù)測是確保風(fēng)電消納的前提。按照功率預(yù)測時間的長短，可將其劃分成超短期功率預(yù)測、短期功率預(yù)測以及中長期功率預(yù)測。其中，對于超短期的功率預(yù)測，其預(yù)測尺度往往在4h以內(nèi)，而短期的功率預(yù)測則是未來三天內(nèi)。功率預(yù)測能夠保證功率平衡，實現(xiàn)合理的經(jīng)濟(jì)調(diào)度?，F(xiàn)階段，我國已廣泛采用短期功率預(yù)測技術(shù)，該技術(shù)涉及到統(tǒng)計方法、物理統(tǒng)計方法以及物理方法。通過多年的實踐，我國已開發(fā)出風(fēng)電功率預(yù)測算法，并針對算法制定出了一系列的調(diào)試、系統(tǒng)開發(fā)以及現(xiàn)場安裝等方法，此外，我國還應(yīng)用支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)來對風(fēng)電功率預(yù)測模型進(jìn)行了構(gòu)建，同時建立了流體力學(xué)計算模型、線性化物理模型等，此外還聯(lián)合采用了多種預(yù)測方法來對混合式的風(fēng)電功率預(yù)測模型進(jìn)行了建立，進(jìn)而使功率預(yù)測過程中存在的歷史數(shù)據(jù)缺失、風(fēng)電場復(fù)雜等技術(shù)難題得到了有效解決，使功率預(yù)測具備了更強(qiáng)普適性的同時，進(jìn)一步提高了功率預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量控制措施

3.1 加強(qiáng)對諧波的抑制

在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的實際實施過程中，要想使電能的質(zhì)量控制效果得到整體提升，就可以對靜止無功補(bǔ)償器進(jìn)行合理應(yīng)用，有效抑制諧波危害等問題。靜止無功補(bǔ)償器主要是由多種裝置構(gòu)成，其存在非?？斓姆磻?yīng)速度，可以實時跟蹤不斷變化的無功功率，同時可以有效調(diào)節(jié)由于風(fēng)速不穩(wěn)定，而導(dǎo)致的電壓變化等問題，最終充分實現(xiàn)諧波濾除的作用，使電網(wǎng)的整體電能供應(yīng)質(zhì)量顯著提高。

3.2 統(tǒng)一新能源發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)相關(guān)實踐可以得知當(dāng)前情況下，我國對于新能源的發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不夠統(tǒng)一，相關(guān)的規(guī)定條例還不完善。相關(guān)技術(shù)人員對于整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和新能源并網(wǎng)發(fā)電會產(chǎn)生的負(fù)面影響掌握程度不夠，并且對于系統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度以及影響電網(wǎng)輸電整體質(zhì)量的因素都無法做出科學(xué)的解釋和并制定應(yīng)對措施。因此相關(guān)部門和機(jī)構(gòu)要系統(tǒng)完善風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的相關(guān)設(shè)施，嚴(yán)格管理逆變器和控制器。在運(yùn)行過程不斷加強(qiáng)技術(shù)方面的研究進(jìn)度，并且針對新能源發(fā)電并網(wǎng)過程中可能出現(xiàn)的故障提出科學(xué)有效的解決措施。最后要不斷統(tǒng)一各地多樣的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，明確新能源發(fā)電并網(wǎng)準(zhǔn)入門檻，并規(guī)定相關(guān)部門嚴(yán)格執(zhí)行并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，從基礎(chǔ)條件保證新能源發(fā)電并網(wǎng)的安全性和有效性。

3.3 增強(qiáng)對故障的診斷力度

企業(yè)要在風(fēng)電并網(wǎng)工作過程中，定期組織相關(guān)工作人員參與技術(shù)培訓(xùn)活動，使風(fēng)電服務(wù)的整體質(zhì)量可以明顯提升。在企業(yè)開展技術(shù)培訓(xùn)活動時，要加強(qiáng)對風(fēng)力葉片結(jié)構(gòu)的講解，重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)機(jī)故障診斷和維修等環(huán)節(jié)，還要要求相關(guān)工作人員注重風(fēng)機(jī)的日常運(yùn)行維護(hù)工作，對風(fēng)機(jī)的葉片故障原因進(jìn)行深入分析與研究，選擇科學(xué)合理的故障診斷技術(shù)，及時采取有效的措施，對風(fēng)機(jī)葉片故障進(jìn)行有效解決。

4 風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)在未來發(fā)展中，需要積極調(diào)整電力系統(tǒng)的管理模式以及運(yùn)行技術(shù)手段，以此提高風(fēng)電系統(tǒng)的資源配置能力及運(yùn)行技術(shù)水平，從而確保風(fēng)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對新能源的大規(guī)模集中接入、大范圍消納與遠(yuǎn)距離輸送，進(jìn)而實現(xiàn)對風(fēng)能的高效利用，確保電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。除此之外，風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)還將向著實用化、在線化以及可視化的方向進(jìn)行發(fā)展，同時系統(tǒng)還將具備在線應(yīng)用功能，使預(yù)警、控制、系統(tǒng)分析等功能進(jìn)行一體化結(jié)合，進(jìn)而使風(fēng)力發(fā)電能夠得到全周期性的監(jiān)測，并對風(fēng)力發(fā)電狀態(tài)做出全過程化的客觀評估，從而使我國風(fēng)電電力技術(shù)在各個領(lǐng)域中發(fā)揮出更大的應(yīng)用價值。

5 結(jié)語

在未來的電力生產(chǎn)中，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)會成為一種主要技術(shù)模式，同時我國具備非常豐富的風(fēng)力資源，因此就需要我國對風(fēng)機(jī)發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行全面的分析與研究，逐漸提升并網(wǎng)技術(shù)水平，對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行合理優(yōu)化，使現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)問題得到充分解決，對風(fēng)力發(fā)電過程進(jìn)行嚴(yán)格管理，從而為風(fēng)力發(fā)電的電能整體質(zhì)量提供保障。