風(fēng)電新能源并入電網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)研究

高新亭 王璐

摘要：隨著信息時代的來臨以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國新能源技術(shù)的研究水平逐步提升，新能源如何并入電網(wǎng)，保障電網(wǎng)安全性穩(wěn)定性是目前研究的重點。本文從我國風(fēng)電新能源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，闡述了保障電網(wǎng)安全運行的前提下，風(fēng)電新能源并入電網(wǎng)應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電新能源;發(fā)展現(xiàn)狀;并網(wǎng);安全運行;技術(shù)應(yīng)用

引言

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使得諸多行業(yè)都加強了對先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電以其資源豐富、成本低廉、開發(fā)方便、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢成為可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，被世界各國大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用，其發(fā)展前景十分廣闊。

1新能源風(fēng)電工程概述

風(fēng)電工程作為一項新能源發(fā)電工程，主要通過運用一系列相關(guān)設(shè)備，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，再通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)化設(shè)備將其最終轉(zhuǎn)化為電能，使其廣泛地應(yīng)用于人們的日常生活以及其他活動當(dāng)中，提供了源源不斷的電能，有效地滿足了當(dāng)前社會對電能的需求。對新能源風(fēng)電工程進(jìn)行施工首先需要建設(shè)相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電廠，由于風(fēng)力發(fā)電適用范圍較為廣闊，所建設(shè)的發(fā)電廠面積也較大，這就需要分期進(jìn)行相應(yīng)的建設(shè)，在不同的設(shè)計階段需要安裝相應(yīng)的風(fēng)機，并設(shè)置與之配套的智能監(jiān)控系統(tǒng)。建設(shè)新能源風(fēng)電工程，能有效利用自然資源，將風(fēng)能通過相應(yīng)的技術(shù)手段轉(zhuǎn)化為電能，有效地減少了利用煤等材料發(fā)電而對自然環(huán)境產(chǎn)生的危害，貫徹落實了低碳環(huán)保的觀念，提高了對清潔可再生能源的利用效率，貫徹落實了科學(xué)發(fā)展觀，符合社會要求。通過風(fēng)能這種清潔能源進(jìn)行發(fā)電，堅持了低碳環(huán)保的原則，促進(jìn)社會與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2風(fēng)電新能源的發(fā)展現(xiàn)狀

我國風(fēng)電能源起步比較晚，在20世紀(jì)80年代的中期，風(fēng)電新能源才開始步入商業(yè)化運營階段。與國外風(fēng)電能源發(fā)展相比尚有較大差距，但是在國家政策的鼓勵下，我國風(fēng)電事業(yè)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，收獲頗豐。在初步商業(yè)運營階段，2005～2008年間，我國風(fēng)電裝機容量從開始的126 kW提高到1 221萬kW，保持每年翻一番的增長速度向前發(fā)展，居世界風(fēng)電發(fā)展平均速度首位。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示到2009年年末，我國風(fēng)電總裝機的容量高達(dá)2 601萬kW，排名世界第二，2009年全年新增裝機容量為1 300萬kW，占據(jù)全球全年裝機容量的30%還要多，排名全球第一。諸多數(shù)據(jù)充分證明我國風(fēng)電新能源正逐步走向一個快速發(fā)展的階段。在風(fēng)電新能源技術(shù)運用上，經(jīng)歷了從進(jìn)口技術(shù)到消化技術(shù)，再到后來的自主創(chuàng)新，根據(jù)本國風(fēng)電實際情況，風(fēng)電新能源事業(yè)蒸蒸日上。風(fēng)電機組兆瓦級別的普遍安裝與使用，充分證明了我國自主研發(fā)的成果。隨著陸地風(fēng)電研究的日趨成熟，在此基礎(chǔ)上我國開始著手海上風(fēng)電機組的積極探索與實踐，2008～2015年間，我國不僅克服了海上風(fēng)電新能源發(fā)展的重重障礙，并成功在海上安裝了發(fā)電機組。2016年全年，共計在海上新增裝機154臺，機組容量到達(dá)59萬kW。我國成為全世界最大的風(fēng)電裝機發(fā)電市場，2018年我國新增裝機容量高達(dá)21 143 MW，累計2018年年底風(fēng)電裝機容量高達(dá)209 533 MW，我國風(fēng)電累計裝機容量在全球占比從2000年的2.0%增加到2018年的35.4%。

3風(fēng)電新能源并入電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

3.1無功補償和諧波消除技術(shù)應(yīng)用

在風(fēng)電技術(shù)的實際運用過程中，如何將無功補償以及諧波消除技術(shù)加以科學(xué)化運用，起到積極促進(jìn)作用，是保障風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)良好運行的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。在感性元件影響下發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中無功功率呈現(xiàn)消耗的狀態(tài)，電流通過感性元件時，會對元件造成破壞，通過無功功率補償技術(shù)將感性負(fù)荷所需要的無功功率由容性負(fù)荷輸出的無功功率來補償，保護(hù)電器元件，提高發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。再有就是諧波消除技術(shù)的運用，風(fēng)機發(fā)電過程中，存在的諧波會造成電能質(zhì)量低，所以這就需要注重對諧波進(jìn)行消除，使用變流感器和電力設(shè)備，把相位和諧波抵消掉;或通過調(diào)整電容器組，改變無功功率，能減少諧波的影響;或通過三角形連接方式，減少諧波進(jìn)入量，這些都有助于提升風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量。

3.2充分研發(fā)大容量風(fēng)電系統(tǒng)

我國的風(fēng)電新能源發(fā)展其實對于自然條件的依賴程度還是比較高，而且我國一直都是將海上風(fēng)能利用作為嚴(yán)重的重點，這就意味著我國缺乏對大容量風(fēng)電系統(tǒng)的研發(fā)。這也是目前我國與許多發(fā)達(dá)國家相比在風(fēng)電新能源的利用方面差距比較大，甚至差距越拉越大的原因。當(dāng)然我國政府，尤其是一些地方政府以及機構(gòu)近年來結(jié)合具體的環(huán)境以及所在地方對于風(fēng)電新能源的需求進(jìn)行了諸多的研究，加之隨著國家對風(fēng)電能源的大規(guī)模開發(fā)，風(fēng)電機組單機裝機容量不斷增大。具備了這樣的基礎(chǔ)條件之后，很多具體的工作開展起來會順利很多。當(dāng)然這也為技術(shù)研究提出了更高的要求，尤其是在相關(guān)部件和控制子系統(tǒng)的設(shè)計方面出現(xiàn)了問題。首先面臨的問題是設(shè)計的難度越來越大，主要是因為若是將重點放在研發(fā)大容量、高性能和可靠穩(wěn)定的風(fēng)力發(fā)電機之上，則不僅需要具備完善的研發(fā)系統(tǒng)，還要形成科學(xué)合理的技術(shù)體系，且擁有專業(yè)素質(zhì)高的技術(shù)團(tuán)隊，盡管風(fēng)電大容量的研發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急，但是如何突破這一瓶頸，研發(fā)出新的控制、設(shè)計技術(shù)是目前世界風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域面臨的技術(shù)難題。為此討論風(fēng)電新能源的發(fā)展前景時不得不提到大容量風(fēng)電系統(tǒng)的研發(fā)，這也是當(dāng)前很多風(fēng)電新能源研究項目的發(fā)展方向，也逐漸成為未來風(fēng)電系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。

3.3并網(wǎng)技術(shù)以及最大風(fēng)能捕獲技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機受風(fēng)力以及風(fēng)機控制系統(tǒng)的影響非常大，其發(fā)出的力道常常是不均衡的，對電網(wǎng)的安全造成不同程度的影響，所以，為了能夠進(jìn)一步提高風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及系統(tǒng)應(yīng)對故障的能力，需要有關(guān)研究人員對并網(wǎng)技術(shù)開展深入研究與分析。同時，風(fēng)能的密度比較小，會影響風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電量，如何能夠捕獲更大的風(fēng)能是未來風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的重要研究方向之一。就目前而言，對風(fēng)能最好的捕獲方法就是調(diào)整葉片槳距角，增大風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪的迎風(fēng)面積。從風(fēng)電電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)價值、社會價值以及可行性來講，風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)以及最大限度的捕獲風(fēng)能是未來風(fēng)電發(fā)展的首要任務(wù)之一。

3.4現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的運用當(dāng)中，現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用是比較重要的，這是保障風(fēng)力發(fā)電技術(shù)質(zhì)量水平的重要技術(shù)內(nèi)容?？偟膩碚f有幾種技術(shù)類型，如變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，魯棒控制技術(shù)等，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中魯棒控制技術(shù)的運用比較常見，基于機理分析法和坐標(biāo)變換法，建立三相并網(wǎng)逆變器的dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型及功率外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制模型，并設(shè)置自適應(yīng)約束優(yōu)化求解器的參數(shù)值，進(jìn)而達(dá)到對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制的目的。在通過這些多樣化的現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用，這對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用水平提升起到積極作用。

結(jié)語

面對當(dāng)前能源緊缺、環(huán)境污染嚴(yán)重的局面，風(fēng)電建設(shè)步伐逐漸加快，電網(wǎng)中風(fēng)力發(fā)電的比例將會越來越大，這將會給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來很大的影響。因此，研究風(fēng)電并網(wǎng)新技術(shù)，合理控制風(fēng)電并網(wǎng)帶來的一系列不穩(wěn)定因素是當(dāng)前及未來面臨的主要問題。開展大容量風(fēng)電系統(tǒng)研究，創(chuàng)新并網(wǎng)技術(shù)和最大風(fēng)能捕獲技術(shù)，以及發(fā)展海上風(fēng)電場技術(shù)可以很好地解決風(fēng)電發(fā)展瓶頸，對于推動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、適應(yīng)國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整需求具有重要意義。

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