現(xiàn)階段風(fēng)電新能源與并網(wǎng)技術(shù)運行的探討

閆炯炯

（國家電投集團(tuán)安徽電力有限公司，安徽 合肥 230041）

0 引 言

風(fēng)能作為可再生的清潔能源，在使用過程中基本不會產(chǎn)生較大的污染問題，在各個國家已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。與其他國家相比，我國風(fēng)力能源具有較大的運用優(yōu)勢。隨著大眾對能源需求的不斷增加，新能源電力系統(tǒng)的單機(jī)容量和并網(wǎng)規(guī)模不斷提升，對并網(wǎng)技術(shù)的運行要求提出了更高標(biāo)準(zhǔn)?；谠摫尘?，文章研究現(xiàn)階段風(fēng)電新能源與并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。

1 風(fēng)電新能源的基本特點及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 基本特點概述

風(fēng)電新能源主要是運用相應(yīng)的設(shè)備將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，并將其應(yīng)用于社會生產(chǎn)和日常生活，能夠減少對不可再生能源的消耗。風(fēng)電新能源的運用具有諸多優(yōu)勢，但也存在一些缺點。首先，穩(wěn)定性差。風(fēng)電新能源作為過程性能源，受外界影響因素較大，具有一定的隨機(jī)性，且難以受人控制，在短時間內(nèi)容易發(fā)生巨大變化，導(dǎo)致供應(yīng)電量不穩(wěn)定。其次，儲存困難。我國雖然風(fēng)力能源較為豐富，但是總體儲存量較小，主要原因是風(fēng)電新能源儲存成本高。再次，工作效率低。在實際運行過程中，風(fēng)輪機(jī)的工作效率難以達(dá)到理想目標(biāo)，影響了風(fēng)電能源的持續(xù)發(fā)展。最后，位置偏僻。風(fēng)電場的建設(shè)區(qū)域一般距離中心區(qū)的距離較遠(yuǎn)，且電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為脆弱，需要強(qiáng)大的風(fēng)電輸送工程作為支持。當(dāng)需要進(jìn)行大規(guī)模能源開發(fā)時，工程量較大，且機(jī)械設(shè)備的效率難以達(dá)到理想目標(biāo)，給風(fēng)電新能源的發(fā)展造成了一定阻礙[1,2]。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

與發(fā)達(dá)國家相比，我國對風(fēng)電新能源技術(shù)的研究起步較晚，在國家政策和財政的支持下，才得以持續(xù)發(fā)展。我國對新能源技術(shù)研究的不斷深入，改善了傳統(tǒng)大量依賴進(jìn)口的發(fā)展形式，加大了自主創(chuàng)新力度，充分運用智能化技術(shù)增強(qiáng)了該項技術(shù)在市場上的核心競爭力。2016 年，我國海上新增裝機(jī)150 多臺。2018 年，我國不同地區(qū)風(fēng)電新增裝機(jī)容量以及占比如表1 所示。

表1 2018 年我國不同地區(qū)風(fēng)電新增裝機(jī)容量以及占比

2 風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)探討分析

2.1 風(fēng)電并網(wǎng)仿真技術(shù)

風(fēng)電并網(wǎng)仿真技術(shù)主要是通過建立模型模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行過程中的各項情況，從而使技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)并及時處理系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的各種問題。目前，我國市場上存在較多的風(fēng)電機(jī)組，而不同機(jī)組之間的特性存在一定差異，因此建立具有較強(qiáng)適應(yīng)性的模型存在較大難度。同時，風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)在實際運用過程中可能會出現(xiàn)大規(guī)模失控和不確定性問題，導(dǎo)致目前的仿真技術(shù)難以適應(yīng)多樣化需求?，F(xiàn)階段，我國不同類型的風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)建立了約160 種模型，以實際測量參數(shù)為依據(jù)，促使風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)廣泛發(fā)展，并逐漸占據(jù)世界領(lǐng)先地位。

2.2 風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)

風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)是風(fēng)電并網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)，通過在一定時間內(nèi)預(yù)測風(fēng)電功率并建立相應(yīng)的數(shù)字模型，幫助技術(shù)人員更好地掌握風(fēng)電波動規(guī)律，從而有效控制風(fēng)電的不確定性對系統(tǒng)的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。預(yù)測技術(shù)主要分為超短期、短期和中長期功率預(yù)測3 種類型。超短期預(yù)測主要指預(yù)測時間在5 h 以內(nèi)，短期預(yù)測時間則指3 d。通過預(yù)測風(fēng)電功率，促使技術(shù)人員調(diào)節(jié)風(fēng)電系統(tǒng)的功率，將輸送功率始終保持在穩(wěn)定狀態(tài)，從而提高發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國的風(fēng)力發(fā)電廠已經(jīng)能夠熟練運用各項預(yù)測技術(shù)，經(jīng)過長時間的開發(fā)利用，已經(jīng)逐漸形成完善有效的預(yù)測體系，改善了傳統(tǒng)工作中存在的各種問題，提高了預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。華東的風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表2 所示。

表2 華東的風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果

2.3 實驗檢測技術(shù)分析

為有效提高風(fēng)電并網(wǎng)的性能，需要進(jìn)行專業(yè)試驗。根據(jù)試驗結(jié)果，在不斷提高試驗檢測的基礎(chǔ)上，提高風(fēng)電機(jī)組的整體水平，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。目前，我國風(fēng)電場的并網(wǎng)檢測主要包括風(fēng)電場和風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)檢測2 部分。風(fēng)電機(jī)試驗主要檢測電能質(zhì)量、低電壓穿透能力、有功調(diào)節(jié)能力以及無功調(diào)節(jié)能力等多方面性能參數(shù)。風(fēng)電場并網(wǎng)檢測主要檢測風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的性能及其并網(wǎng)性能參數(shù)。我國風(fēng)電場內(nèi)各類機(jī)組的數(shù)量種類較多，對于試驗檢測的需求相對較高，需要建立完善的檢測平臺，提高操作人員的專業(yè)性，從而有效降低工作實施的難度，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

2.4 電力調(diào)度技術(shù)分析

對風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)化調(diào)整是提高風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性的有效方式。優(yōu)化電力調(diào)度的過程中，需要結(jié)合功率預(yù)測結(jié)果，提前預(yù)留電網(wǎng)系統(tǒng)正常運行的空間，從而確保風(fēng)電并網(wǎng)的效率。目前，我國主要采用時序遞進(jìn)的風(fēng)電調(diào)度方法，具有較強(qiáng)的科學(xué)性。該調(diào)度方式能夠有效應(yīng)對實際運行過程中的不確定性，合理調(diào)度風(fēng)電資源。同時，需要深入分析風(fēng)電優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，降低系統(tǒng)中存在的不確定性，保證系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

3 我國風(fēng)電新能源并網(wǎng)運行存在的問題

3.1 電能質(zhì)量問題

風(fēng)電對于電網(wǎng)質(zhì)量的影響主要是閃變和諧波污染。通常情況下，在風(fēng)力發(fā)電的過程中會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，因此并網(wǎng)時主要選擇軟并網(wǎng)技術(shù)。如果實際風(fēng)速超出切出風(fēng)速，那么風(fēng)電機(jī)可能會出現(xiàn)超出額定狀態(tài)的現(xiàn)象。該種情況下，出于自我保護(hù)的目的，發(fā)電機(jī)組會自動停止工作。如果場地內(nèi)所有機(jī)器都處于同步運行狀態(tài)，會嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的整體運行效率，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。同時，風(fēng)電機(jī)組在正常運行過程中會產(chǎn)生諧波污染問題。諧波的周期和頻率都較小，并且諧波的產(chǎn)生與風(fēng)電機(jī)組存在直接關(guān)系。如果工作人員能夠正確安裝機(jī)組，那么能顯著降低諧波的污染概率。

3.2 電網(wǎng)調(diào)度問題

風(fēng)能具有一定的隨機(jī)性，難以準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)電系統(tǒng)的運行情況，導(dǎo)致無法提前制定電網(wǎng)調(diào)度計劃。風(fēng)電調(diào)峰過程中，由于負(fù)載調(diào)節(jié)能力有限，會影響風(fēng)電場的實際運行情況。若電網(wǎng)難以有效調(diào)節(jié)電場的功率波動，應(yīng)及時限制電網(wǎng)功率，避免影響整個電力系統(tǒng)的正常運行。

4 完善風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的有效措施

4.1 加強(qiáng)完善風(fēng)電并網(wǎng)性能

風(fēng)電項目工程的實施效果會直接影響風(fēng)電并網(wǎng)的性能。相關(guān)工作人員需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行工作，深入施工現(xiàn)場，全方位監(jiān)督和管理工程項目的實施情況。一旦發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在問題，就及時制定有效的解決措施，并向上級部門匯報，明確產(chǎn)生問題的原因，采取針對性措施，從而有效提升風(fēng)電工程的工作質(zhì)量和實施效果。有效管理項目工程是風(fēng)電場前期工作的重要準(zhǔn)備階段。工作質(zhì)量對風(fēng)電并網(wǎng)的性能具有重要影響，因此需要加強(qiáng)對項目工程管理的質(zhì)量管控，有效增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)的整體運行性能，保證技術(shù)實行的穩(wěn)定性和安全性。

4.2 緩解風(fēng)電電網(wǎng)運行壓力

風(fēng)電電網(wǎng)運行過程中產(chǎn)生的功率損耗可以分為有功損耗和無功損耗2 種類型。需要全方位研究功率損耗，有效解決風(fēng)電電力線路中存在的問題。采取相應(yīng)措施降低功率損耗，能夠有效減少系統(tǒng)的用電負(fù)荷，提高設(shè)備的使用壽命。對于有功損耗，通過合理安排導(dǎo)線路徑，最大限度地降低導(dǎo)線中電阻的壓力，從而降低風(fēng)電系統(tǒng)的有功損耗。對于無功功率，主要根據(jù)風(fēng)電場的實際情況選擇合適的變壓器，采取針對性的措施補(bǔ)償無功功率，從而降低系統(tǒng)的無功損耗。目前，我國的風(fēng)電場通常運用整合電網(wǎng)資源和并聯(lián)電容器等多種補(bǔ)償方式，有效緩解風(fēng)電并網(wǎng)運行的工作壓力，有效提高系統(tǒng)整體的安全性和穩(wěn)定性。我國風(fēng)電場通常建設(shè)在較為偏遠(yuǎn)的區(qū)域，風(fēng)力資源較為充足，對于風(fēng)力發(fā)電的適用性較高，但輸電線路較長，有時會造成嚴(yán)重的電能損耗問題，影響系統(tǒng)的正常運行。因此，需要在機(jī)組的變壓器中設(shè)置開關(guān)，有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，防止電壓出現(xiàn)較大波動或損耗嚴(yán)重的情況。風(fēng)電場相關(guān)管理人員應(yīng)加強(qiáng)對風(fēng)電新能源并網(wǎng)技術(shù)的研究，以提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性[4]。

4.3 建立多能互補(bǔ)的方式

風(fēng)電新能源具有較多優(yōu)勢，但也存在一定不足。例如，風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定和間歇性特征會影響電網(wǎng)的安全運行。為改善風(fēng)電新能源存在的問題，在工作條件相對成熟的地區(qū)，采用風(fēng)能、火能、電能等多種能源互補(bǔ)的工作方式，充分運用各項技術(shù)的優(yōu)勢條件，有效提升發(fā)電廠的綜合效益，促使電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性得到進(jìn)一步發(fā)展。

5 風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)未來發(fā)展趨勢

5.1 新技術(shù)與風(fēng)電新能源并網(wǎng)技術(shù)融合

目前，風(fēng)能資源可采用集中開發(fā)模式，促進(jìn)風(fēng)電新能源技術(shù)與風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展。為滿足電力系統(tǒng)的多元化發(fā)展，國家能源局與電網(wǎng)公司應(yīng)針對實際情況發(fā)布相應(yīng)的通知，在促進(jìn)電力系統(tǒng)集中開發(fā)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電力的分散發(fā)展?，F(xiàn)階段，陸地風(fēng)電新能源的發(fā)展速度較快，海上風(fēng)電新能源技術(shù)也得到了高速發(fā)展。充足和穩(wěn)定的風(fēng)力資源能夠有效保證機(jī)組的穩(wěn)定運行，充分滿足電力供應(yīng)的實際需求。雖然風(fēng)電單機(jī)的成本逐漸降低，但是整個系統(tǒng)的運行成本不斷增加，導(dǎo)致新能源系統(tǒng)的運行成本增加。隨著各項技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，新技術(shù)與風(fēng)電新能源并網(wǎng)技術(shù)的有效融合，能夠有效緩解運行成本過高而造成的發(fā)展問題。此外，可以運用多種備用電源，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的靈活性和容量，促使電力系統(tǒng)全面發(fā)展。

5.2 深度探索并網(wǎng)技術(shù)和風(fēng)能捕獲技術(shù)

風(fēng)電場的運行和風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)易受外界因素影響，一定程度上影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。為有效提高風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理故障的能力，相關(guān)工作人員需要加強(qiáng)對并網(wǎng)技術(shù)的分析研究。由于風(fēng)能的密度相對較小，如何獲取更大的風(fēng)能是未來技術(shù)研究的主要方向。目前，優(yōu)化風(fēng)能捕獲的最佳方式是調(diào)節(jié)葉片的直徑和發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速。

5.3 研發(fā)大容量的風(fēng)電并網(wǎng)運行系統(tǒng)

目前，我國在大容量風(fēng)電系統(tǒng)領(lǐng)域的研發(fā)力度還有待加強(qiáng)。隨著風(fēng)電能源的有效運用，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增加，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的研發(fā)和設(shè)計難度。相關(guān)部門應(yīng)注重對大容量、高性能、強(qiáng)穩(wěn)定性的發(fā)電機(jī)組的研究，研發(fā)出能夠滿足當(dāng)前及未來應(yīng)用需求的控制系統(tǒng)[5]。

6 結(jié) 論

風(fēng)電新能源是廣受關(guān)注的清潔能源。隨著我國風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷提升，風(fēng)電行業(yè)得到了發(fā)展，但是風(fēng)電能源存在一些問題。為解決風(fēng)電新能源系統(tǒng)運行中存在的不利因素，提高并網(wǎng)性能，相關(guān)部門應(yīng)明確未來的發(fā)展趨勢，緩解電網(wǎng)運行的壓力，采用多能互補(bǔ)的手段，減少系統(tǒng)運行中存在的問題，保證電壓質(zhì)量，從而為社會的發(fā)展進(jìn)步奠定基礎(chǔ)。