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

武曉強

摘 要：隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國各個行業(yè)的發(fā)展水平都有了極大的提升，電力行業(yè)亦是如此，當(dāng)前，無論是社會發(fā)展還是日常生活，都離不開高效、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。從環(huán)保角度來看，新型能源的產(chǎn)電技術(shù)將會逐漸取代傳統(tǒng)的技術(shù)，我國要實時調(diào)整電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)。但是，我國新興能源產(chǎn)電技術(shù)起步較晚，所以關(guān)鍵技術(shù)還有待進一步發(fā)展和突破，工程技術(shù)人員需要進一步研發(fā)和應(yīng)用新能源產(chǎn)電技術(shù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù);電能質(zhì)量;控制措施

引言

隨著全球能源危機與環(huán)境污染等問題的日益加劇，新能源的出現(xiàn)和應(yīng)用開始受到世界各國的關(guān)注，持續(xù)開發(fā)利用新能源是確保人類可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措之一，而其中風(fēng)力發(fā)電在近年來已經(jīng)取得了長足的進步。

1我國風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

首先是風(fēng)力資源和風(fēng)電基地。中國的風(fēng)力發(fā)電具有非常雄厚的風(fēng)能資源基礎(chǔ)，我國的東南沿海地區(qū)、沿海島嶼以及西北、華北、東北等地區(qū)具有非常豐富的風(fēng)力資源，可供開發(fā)利用的風(fēng)能總量可謂取之不盡，在政策、資金和技術(shù)的支持下，前述地區(qū)的風(fēng)能開發(fā)利用，尤其是風(fēng)電項目的發(fā)展非常迅速。與世界其他風(fēng)電強國相比，中國的風(fēng)力資源接近美國，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了印度、德國以及西班牙，近年來，在國家能源開發(fā)政策的支持下，我國已經(jīng)建成了八大“千萬千瓦級風(fēng)電基地”，分布于河北、山東、蒙東、蒙西、吉林、江蘇沿海、甘肅酒泉以及新疆哈密，這些風(fēng)電基地在國家能源局的領(lǐng)導(dǎo)下按照“建設(shè)大基地、融入大電網(wǎng)”的戰(zhàn)略規(guī)劃進行建設(shè)，極大地解決了我國部分地區(qū)用電壓力，而隨著國家未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的調(diào)整，八大風(fēng)電基地及擬投建的項目將調(diào)整為“集中式、分布式”，即集中供電、分散建設(shè)，全面并入大電網(wǎng)，在國家統(tǒng)一能源戰(zhàn)略規(guī)劃框架內(nèi)開展風(fēng)電項目的發(fā)展建設(shè)。其次是目前風(fēng)力發(fā)電存在的問題。一是我國當(dāng)前的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈有待進一步完善，從設(shè)計、咨詢、運輸、安裝、維護、監(jiān)測等全過程的技術(shù)與產(chǎn)品服務(wù)還不夠健全，風(fēng)力發(fā)電仍然處于起步探索階段，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展過程仍在探索。二是風(fēng)力發(fā)電必然離不開電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃，考慮到輸電線路建設(shè)的較高成本，對當(dāng)前選址在遠(yuǎn)離城市的風(fēng)電項目而言，如何解決好并網(wǎng)的資金投入問題成為關(guān)鍵，同時還需要考慮到并網(wǎng)過程中出現(xiàn)的兼容性問題，如電壓、諧波、閃變、頻率等容易造成電網(wǎng)運行不穩(wěn)的因素需要加大技術(shù)投入。三是風(fēng)力發(fā)電所提供的電力價格問題需要進一步理順，風(fēng)力發(fā)電的成本核算、市場供需等因素直接關(guān)系到風(fēng)電的價格，需要眾多單位參與共同擬定合理的價格既要滿足投資同時也要迎合民眾。

2風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制措施

2.1建立健全風(fēng)力發(fā)電體制機制

當(dāng)前，我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展離不開政策上的大力支持，同時風(fēng)電入網(wǎng)必然也要進入市場化運作，因此，建立健全風(fēng)力發(fā)電的政策扶持與市場運行相結(jié)合的體制機制建設(shè)勢在必行。首先，要從政府層面建立起完備的風(fēng)電項目扶持政策體系，從政策性文件的制定、規(guī)范立項審批手續(xù)、加強項目監(jiān)管等方面形成科學(xué)規(guī)范的制度，確保風(fēng)電項目的發(fā)展建設(shè)在正確的軌道上前進。其次，加強對市場層面的監(jiān)督，但不過多干預(yù)，對風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在市場化運作過程中出現(xiàn)的問題認(rèn)真查找原因并用科學(xué)的技術(shù)和方法來解決，并在此過程中形成行業(yè)規(guī)范，進而實現(xiàn)體制和機制的健全。最后，政府扶持政策與市場的杠桿作用并不是對立的，必須要進行有機地融合，從外部為我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)創(chuàng)造雙重優(yōu)勢的外部條件，從而實現(xiàn)促進該事業(yè)的深度發(fā)展。

2.2微網(wǎng)運行工藝

首先是微網(wǎng)的運行控制。當(dāng)前，人們已經(jīng)能夠利用許多自然資源，但是仍舊還有許多資源無法完全掌控，如風(fēng)力方向、大小等。這就導(dǎo)致微網(wǎng)的抗干擾能力較差，微網(wǎng)的運行安全無法有效保障。所以，加強系統(tǒng)控制非常關(guān)鍵，重點是解決協(xié)調(diào)控制問題。微網(wǎng)系統(tǒng)中，雖然每一個微電源的屬性、構(gòu)造不同，但是系統(tǒng)的總能量是固定的。因此，微電網(wǎng)運行過程中，要保持電壓穩(wěn)定，降低其對大電網(wǎng)的負(fù)面影響。另外，微網(wǎng)對并網(wǎng)和獨立運行兩種狀態(tài)的切換同樣會對大電網(wǎng)造成危害。所以，要優(yōu)化微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，改變控制方法，消除其對大電網(wǎng)的威脅。其次是微網(wǎng)的故障檢測與保護。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，微網(wǎng)系統(tǒng)既包括雙向潮流，還包含單向潮流，這導(dǎo)致傳統(tǒng)的保護措施無法有效地維護系統(tǒng)，甚至還會對設(shè)備造成損害。所以，要研究不同運行模式下的故障檢測和維護控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮微網(wǎng)的作用。

2.3計及需求響應(yīng)的風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化

隨著能源短缺和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，開發(fā)清潔可再生的新能源受到人們的廣泛關(guān)注和重視，其中風(fēng)力發(fā)電因清潔高效等優(yōu)良特性而獲得快速發(fā)展，分布式風(fēng)電在配電網(wǎng)的滲透率越來越高，但分布式風(fēng)電輸出功率具有典型的波動特性，為保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行，配電網(wǎng)對分布式風(fēng)電的消納能力是有限的，棄風(fēng)現(xiàn)象在配電網(wǎng)的運行中時有發(fā)生，因此，為促進風(fēng)電新能源的利用效率和配電網(wǎng)安全經(jīng)濟性的提高，需對風(fēng)力發(fā)電在配電網(wǎng)的并網(wǎng)進行優(yōu)化分析。在對風(fēng)電輸出功率特性分析的基礎(chǔ)上，考慮需求響應(yīng)對風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化的影響，建立計及需求響應(yīng)的風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化模型，模型的求解則采用Q學(xué)習(xí)算法和量子粒子群法相融合的求解方法，通過PJM5-bus配電網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化實例的計算，優(yōu)化模型及求解方法具有有效性和優(yōu)越性。

2.4風(fēng)力發(fā)電超高次諧波發(fā)射特性分析

隨著超高次諧波概念的提出，風(fēng)力發(fā)電超高次諧波問題的相關(guān)分析逐漸開展。在超高次諧波頻率范圍內(nèi)，重點分析了PMSG并網(wǎng)引起的3～7kHz范圍內(nèi)的超高次諧波的影響?；诨A(chǔ)的電路模型與控制模型，對DFIG并網(wǎng)系統(tǒng)超高次諧波進行初步分析。這些研究更多立足于仿真或?qū)崪y數(shù)據(jù)，分析了風(fēng)力發(fā)電超高次諧波在其并網(wǎng)條件下的表現(xiàn)形式，并未對超高次諧波具體產(chǎn)生機理與影響因素進行詳細(xì)研究，超高次諧波發(fā)射特性分析仍不夠充分。另一方面，類似超高次諧波發(fā)射問題在光伏發(fā)電與電動汽車相關(guān)領(lǐng)域已有較為深入的研究?？傊?，有必要立足于風(fēng)力發(fā)電運行背景，基于其變流器超高次諧波產(chǎn)生機理，進一步明確其超高次諧波發(fā)射特性。

2.5區(qū)域小水電與風(fēng)力發(fā)電在孤網(wǎng)初期穩(wěn)定性仿真

南方地區(qū)有豐富的水資源和風(fēng)資源，因地制宜發(fā)展分布式能源有助于減少煤炭消耗。在南方山區(qū)電網(wǎng)，存在風(fēng)電和某地區(qū)的小水電接群入同一條線路的情況。當(dāng)前對小水電群和風(fēng)電組成的微電網(wǎng)及其與主電網(wǎng)的交互影響研究較少。小水電群和風(fēng)電組成的微電網(wǎng)接入主電網(wǎng)時，由于主電網(wǎng)的支撐作用，穩(wěn)定性問題不明顯。當(dāng)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開后，小型水力發(fā)電機組與風(fēng)力發(fā)電分布式能源所在的微電網(wǎng)形成了孤島狀態(tài)。由于山區(qū)小型水力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電多運行在缺少儲能設(shè)備的情況下，孤島后電壓和頻率的穩(wěn)定性問題是研究的關(guān)鍵點。孤島若能夠保持電壓和頻率的穩(wěn)定，則有助于避免切機切負(fù)荷情況，提高供電可靠性。減小分布式能源接入?yún)^(qū)域配電網(wǎng)時所造成的影響。

結(jié)語

近年來，我國在新能源發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和使用方面取得顯著成果，但是因為多種因素的制約，其進一步發(fā)展受到嚴(yán)重阻礙。所以，人們需要不斷優(yōu)化新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，不斷提高系統(tǒng)運行效率，促進電力行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

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