風電發(fā)展與并網(wǎng)技術探究

劉嵩

國核信息科技有限公司 山東濟南 250101

在我國科技的發(fā)展，各領域的技術水平逐漸提高的今天，對于風能利用，并網(wǎng)發(fā)電屬于目前大規(guī)模風電場在風能開發(fā)過程中的最重要形式，因此學術界對于并網(wǎng)運行存在的各類型問題極為關注。

1 發(fā)電機并網(wǎng)運行概述

發(fā)電機并網(wǎng)是指將發(fā)電機同步并入電網(wǎng)，以向電網(wǎng)輸出電能。發(fā)電機組并網(wǎng)運行簡單來說就是發(fā)電機和系統(tǒng)電網(wǎng)之間的一種運行連接模式，在這一種模式中，發(fā)電機的電壓、頻率與其他發(fā)電機組一致。發(fā)電機有兩類并網(wǎng)方法，準同期和自同期。準同期的意思為發(fā)電機的電壓、頻率、相序、相位與系統(tǒng)電網(wǎng)完全一致，而發(fā)電機的出口斷路器和電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)的手段；自同期并列屬于發(fā)電機不加勵磁時，等到系統(tǒng)電網(wǎng)和發(fā)電機所共有的頻率一致時，合上發(fā)電機出口斷路器，與系統(tǒng)相連的基礎上，提高發(fā)電機勵磁電流升壓，并借助系統(tǒng)進一步促進發(fā)電機同步頻率的一類運行方式，不過實際情況中，自同期并網(wǎng)模式一般不被采用于風力發(fā)電機組。目前，大規(guī)模風力發(fā)電中，基本上采用自動準同期的并網(wǎng)模式，借助微機進一步針對是否達到同期條件做出判斷的基礎上，自動發(fā)信號斷路器合閘并網(wǎng)。

2 風電發(fā)展與并網(wǎng)技術

2.1 風電并網(wǎng)仿真

在我國有著諸多類型的風電機組，這些風電機組有著不同的特性，因此對普適性強的通用模型進行建立是非常困難的。而且大規(guī)模時空不確定性風電在末端電網(wǎng)中的集中接入，使得以往的仿真方法愈發(fā)難以適應風電并網(wǎng)的研究要求。因此，我國急需探尋通用性強的風電機組建模方法，以此對子模塊模型庫以及通用化模型結構進行建立，以便于辨識和實測其關鍵參數(shù)，進而確保能夠準確模擬出不同種類風電機組的主要特性。當前，我國針對不同種類的風電機組，以實測參數(shù)為依據(jù)對多達150 個不同型號的風電機組的仿真模型進行了建立，其仿真暫態(tài)誤差控制在20% 以內(nèi)，這使得我國無論是在仿真模型數(shù)量上，還是在仿真精度上，都領先于國外其他國家?，F(xiàn)階段，我國電力科學研究院已經(jīng)能夠采用時序生產(chǎn)模擬法，并建立了通用性較強的風電機組模型，從而實現(xiàn)了對一體化風電并網(wǎng)仿真平臺的建立，進而使電網(wǎng)和時空不確定性風電間的影響關系得到了全程化模擬，進而使大規(guī)模風電并網(wǎng)的仿真要求得到了有效滿足。

2.2 降低功率耗損以及電網(wǎng)壓力

電網(wǎng)功率通常劃分為兩種：有功率消耗；無功率消耗。隨著風電發(fā)電網(wǎng)在功率損耗方面的研究不斷深入，通過功率計算的方式，能夠及時有效發(fā)現(xiàn)電力線路中隱藏的故障以及潛在的安全隱患，在進一步降低風電網(wǎng)功率損耗的同時，還能夠降低用電負荷，保證電力設備的使用壽命。所以，要想更好地對風電網(wǎng)的有效功率進行計算，需要選擇合理的導線路徑，在傳輸量最大的基礎上降低電阻的壓力值，最大范圍內(nèi)降低以及減少有效功率的損耗，保證有效功率傳輸?shù)母咝?。對產(chǎn)生的無效功率，要依據(jù)風力發(fā)電場的實際情況，有選擇地選用專業(yè)變壓器來負責電場的供電以及發(fā)電，針對性地進行無功補償。在我國當前風電新能源的發(fā)展現(xiàn)狀及其并網(wǎng)技術的發(fā)展現(xiàn)狀來講，整合風力電網(wǎng)資源，開展無功補償，采用并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機以及靜止無功電力補償器三種電力損耗無功補償?shù)姆绞?。充分結合電網(wǎng)的基本特點以及電網(wǎng)建設的基本需求，針對性選擇可以最大限度降到風力電網(wǎng)運行負荷的建設方案，有效降低功率損耗，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟價值與社會效益。

2.3 同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術

因為同步發(fā)電機組轉子帶有磁極，節(jié)省了勵磁電能，故發(fā)電效率更高。而且其工作中可以輸出有源電力，可以向電網(wǎng)提供無功功率，從而使終端用電設備得以正常運轉，等同于提高了電網(wǎng)的可靠性。但是，風能具有不可調(diào)控性，在我國一些地區(qū)，春秋季風量大，可以產(chǎn)生大量電能，風電并網(wǎng)會對電網(wǎng)形成強烈沖擊，降低電力系統(tǒng)電壓值，使發(fā)電機等形成磨損，降低設備的使用壽命。另外，這種并網(wǎng)技術因為風速的不可調(diào)控性，不同等級的風之間的轉換使轉子扭矩失去穩(wěn)定，最終使電壓頻率、振幅和相位輸出不能和電網(wǎng)系統(tǒng)電壓保持一致。具體的解決辦法是在風力發(fā)電廠和電網(wǎng)之間安裝頻率轉換器。

2.4 風電機組與常規(guī)同步機組的交互作用與協(xié)調(diào)控制問題

目前，針對并網(wǎng)風力發(fā)電穩(wěn)定性的大量學術型研究中，大部分主要針對大型風電場運行環(huán)節(jié)的大電網(wǎng)整體穩(wěn)定性予以常態(tài)性研究。主要原因在于大電網(wǎng)穩(wěn)定一旦遭到破壞，勢必會造成整個大型風電場的任何接入元件運作存在一定的故障。故而大電網(wǎng)接入大型風電場系統(tǒng)之后，其穩(wěn)定性到底會發(fā)生什么樣的演變，是趨向于變好，還是趨向于變差，都難以得到一種較為系統(tǒng)性、固定性的結論。在平常研究中，不論是趨向于變好，還是趨向于變差都曾經(jīng)有專家給予系統(tǒng)性的研究，而且研究過程、結果都相對較為公正。不過也存在一定的問題，主要為當電網(wǎng)大規(guī)模接受異步電機所導出的功率時，該怎么樣才可以做到 “趨利避害”，從而使得電網(wǎng)接入之后，整個大型風電機組的系統(tǒng)整體穩(wěn)定性可以獲得很大程度的提升。通過研究可知，風電機組與常規(guī)同步機組之間的交互作用與協(xié)調(diào)控制問題的解決突破口在于，研究大型風電場風電機組對于同步機組的影響，以及風電機組與常規(guī)同步機組兩者之間所存在的交互作用與協(xié)調(diào)控制。

2.5 試驗檢測

對于風電機組來說，其并網(wǎng)性能的提高離不開一系列的試驗檢測，只有進行不斷的試驗檢測，才能使我國風電機組的制造水平不斷提高，進而確保風電系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。風電并網(wǎng)檢測主要包括風電場并網(wǎng)檢測和風電機并網(wǎng)試驗兩個組成部分，其中，風電機組的并網(wǎng)試驗需要檢測風電機組的電能質(zhì)量、低電壓穿越能力、有功調(diào)節(jié)能力、無功調(diào)節(jié)能力、電氣模型驗證能力以及電網(wǎng)適應性能力等。而對于風電場并網(wǎng)檢測來說，則需對風電場的風電機組在電能質(zhì)量、并網(wǎng)性能、有功/ 無功控制能力以及低壓電穿越能力進行檢測和評價。風電機組的種類、型號眾多，這也導致其檢測需求大幅增加，因此需要對相應的試驗檢測平臺進行建立。同時，為了使電網(wǎng)擾動能夠進行在線精確模擬，并解決試驗設備無法共享、試驗機位重復性利用等問題，我國還研究出一種以閥控技術為核心的電壓跌落發(fā)生方法，進而確保風電機組在不停機的情況下能夠進行低電壓穿越測試。

2.6 異步發(fā)電機組并網(wǎng)技術

異步發(fā)電機組和同步發(fā)電機組相比，其因為風力渦輪機通過傳輸效率調(diào)整負載，故不需要精確的轉速實現(xiàn)和系統(tǒng)電壓匹配，只要和同步發(fā)電機組的轉速基本一致即可。故此，其沒有十分龐雜的控制設備，而且并網(wǎng)以后與同步發(fā)電機組相比，對電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊小，而且能夠保持較為穩(wěn)定的電壓，會有效抑制震蕩和步進。但是當人工操作時，可能會出現(xiàn)電壓改變，從而使整個系統(tǒng)電壓值發(fā)生改變。另外，其不能提供無功功率，會導致終端用電客戶用電體驗，造成電器設備損壞，因此，需要進行無功功率補償。

2.7 風電功率評估

首先，在該技術當中，主要應用了天氣遇到的分析信息，由于我國天氣預報技術較為完善，使得其采集到的天氣信息較為準確，為風力發(fā)電以及并網(wǎng)提供了良好支持。其次，通過對風電設備周邊信息的采集，準確掌握風電場所的具體情況，并以此為基礎，確定出輪轂的風向，以及風力的流動速度。最后，利用上述得到的結果，可繪制出相應的功率曲線，從而推導出風機的實際功率。通過這一技術的應用，能夠為風機的選擇提供重要幫助，從根本上改善了預測不準確的問題，極大程度上提升了預測的精確度。

2.8 無功補償方式

①在現(xiàn)有風電系統(tǒng)內(nèi)，安裝動態(tài)無功補償裝置，如SVC 補償器等，通過這類設備的使用，優(yōu)化風電的暫態(tài)性能，增加風電場的最高容量。確定SVC 容量時，不僅要考慮SVC 的調(diào)節(jié)性，同時還要集合風電場的容量，關注電網(wǎng)的內(nèi)部結構等。②改進電網(wǎng)結果，或者是提高符合功率，也會增加風電容量，并優(yōu)化風電暫態(tài)性能。③對風電系統(tǒng)進行檢查，確保其無故障之后，將低電壓的部分隔離，使得整個風電系統(tǒng)運行時，能夠一直采用最佳的控制方式。但需要注意的是，若隔離部分較多時，應分析電網(wǎng)調(diào)控性能，確保低電壓部分隔離的同時，不會對調(diào)節(jié)功能造成較大的應用，使電網(wǎng)可以安全、穩(wěn)定的運行。

3 結語

風電并網(wǎng)技術的發(fā)展在一定程度上影響著我國未來的風力發(fā)電行業(yè)，在開展風電并網(wǎng)技術應用中，相關的部門要進一步提升風電并網(wǎng)技術，實現(xiàn)機組優(yōu)化，解決提出問題，并不斷優(yōu)化管理，提升設備質(zhì)量，促進整體風電電能質(zhì)量提升。