風電新能源發展與并網技術分析評價

劉喬

摘要：伴隨環保呼聲的增高以及能源局勢的愈發緊張，全世界都開始對再生能源的利用和開發予以高度重視，而這當中又以風能是現如今最為成熟的一項新能源，同時它的發展速度也非常快，然而它也存在一系列問題，從而對輸電網經濟與安全運行構成一定沖擊。文章就風電能源技術的發展現狀進行了大致分析，并對其發展技術、發展的趨勢展開了綜合評述。

關鍵詞：風電新能源 并網技術 分析 評價

1 風電新能源特點

1.1 風電場的位置偏遠 因為我國的風資源分布地與負荷中心存在較遠的距離，網架結構非常薄弱，進而使得電網的輸電能力在某種程度上對風電外送起到限制作用，在對風電進行大規模開發的情況下，還需建設配套風電送出工程，同時還應對電網建設予以加強。

1.2 風能能量的儲存非常小 因為風能的蓄電成本相較于發電的成本更高，使得整個電網欠缺蓄電能力，一般而言會經由輸出電量調節收納電量。

1.3 風能能量密度小 在發電容量相等的情況下，所需風力發電機風輪的尺寸比水輪機要大幾十倍。

1.4 風能穩定性差 由于風能是過程性的能源，風向和風速會時常發生改變，風力發電機很難對其進行控制和調節，所以風電機組形成的電能也是隨機變化和波動的。

1.5 風輪機的效率低下 按照理論而言，風輪機的最大效率大概在百分之六十左右，但事實上其實際效率更低。統計表明，垂直軸風輪機其最大效率處于百分之三十到四十之間，而水平軸風輪機的最大效率則位于百分之二十到五十之間。

1.6 電網無法調度 由于風能不可控，因此不能根據負荷的大小來對風力發電進行調度，從而給電網調度造成壓力。再加上，絕大多數的風電機組都是無人看守的。

2 電網受風電發展的影響

2.1 影響電能質量 以前風電單機容量很小，并且絕大部分都是采用并網方便以及結構簡單的異步發電機用以和配電網直接相連。但由于風電場常常位于供電網絡末端，其配電網電壓低、結構松散、承受沖擊能力差，電壓低。所以，風電極有可能造成配電網出現諧波污染和電壓閃變的情況。

2.2 系統穩定性不好 在三相短路故障、線路開斷、風速擾動、發電機開斷的狀況下，系統頻率與電壓極易產生大幅度波動。

2.2.1 電壓穩定性 當電力系統里面有大量風電場被接入之時，導致電壓出現不穩定狀況最主要的原因就在于風電場需要無功功率。目前，絕大部分風力發電會采用異步發電機，同時由外部系統為之提供無功功率支撐。而在風電場容量比較大，而無功功率呈現控制力不足的狀況之時，容易對電壓穩定性產生影響。

一方面，風電場的有功功率使負荷極限功率增大，從而使靜態電壓的穩定性得到加強；二來，無功功率需求又會導致負荷極限功率下降，進而使靜態電壓穩定性能降低。由于大部分風電場都會采用異步發電機，因此當在電網里面注入功率時，變速恒頻風電系統會由電網內部來對無功功率進行吸收，所以風電場便極有可能引發電壓崩潰或電壓穩定性下降。然而，如果提供的系統無功功率非常多，那么也可將之視為風電場并網可以讓系統靜態電壓穩定性增強。也就是說，風電并網會對電網靜態電壓形成雙重影響，這與風力發電機的運行點還有著密切的關系。

2.2.2 頻率的穩定性 事實上，系統頻率受風電場的影響最主要由系統容量里面風電場所占比例來決定。在系統風電容量占據較大比例之時，其輸出功率的波動性會對電網頻率產生一定的影響，對電網電能的質量形成一定影響。如此一來，便需電網中其他機組頻率具備很強的響應能力，能展開相應的跟蹤調節，從而對頻率的波動形成抑制作用。由于風電不穩定，在風電失去出力之后，便會造成電網頻率減小，尤其是當風電占據較大比重之時，會對系統頻率的穩定性產生影響。要想使此影響消除最主要的方法便是選取優化調度運行形勢和提升系統備用容量。因為大型電網其調節能力與備用容量非常充足，無需考慮風電進入影響頻率穩定性。但對小型電網來說，便不能不考慮風電對穩定性以及頻率偏移所造成的影響。

2.3 影響電網調度及其規劃 由于風能存在不可控的性質，因而不能對其進行可靠的預測。在風電場并網之后，可用調峰容量將備用容量減去，剩下的容量便可用來進行風電調峰，但要是用于風電調峰容量很有限，便會對風電場的實際運行起到限制作用，在電網不能將風電場功率波動予以完全平衡之時，一定要對風力發電的注入電網功率進行限制。所以，在對發電計劃進行安排實施，一定要對系統的調頻與調峰進行分析，此時系統的旋轉備用除了需要與調頻、調峰彼此相符以外，還需和風電機組出力波動對負荷平衡構成影響相符。

風電場建設不但與發電機組類型、裝機容量、布置有關，還與電網規劃以及風電傳輸等問題相關。在將風電場引入之后，由于風電存在隨機性和不確定性，不但會使運行成本和電網投資產生改變，同時還會造成供需平衡關系產生改變。風電利用的小時數較為低，通常情況下，一個好機組可達到大約每年二千五百小時，因此相比于火電電網的投資效益，效益更好的是風電投資。因為風電具備間隙性的特點，從而形成超出范圍的危害，還有就是風電最優裝機比例問題等。所以，一定要對接入電網之后的風電場進行規劃，也就是風電場建設必須和電網建設同步發展，從而展開大電網的配套建設。

3 風電并網性能的改善對策

3.1 預測風力發電的功率 將風電轉變成可調度電源最為關鍵性的技術預測風力發電量。最近幾年的研究顯示，需要將多個數字天氣預報的模型進行相應的組合，同時和功率短期預測彼此結合來使精度得到提升。一來，它會對天氣預報系統的預測數據結果加以利用，從而得出氣溫、風向、氣壓、風速等數據，二來，根據風機四周信息把風力發電機組的輪轂高度風向以及風速信息等得出，三來，通過風機功率曲線將風機實際的輸出功率算出。此方法能將惡劣環境下出現預測差這一問題解決掉，從而使預測的精度得到明顯提升。

3.2 無功補償方式 風電并網運行中普遍存在的問題則是電壓穩定問題。但對電壓穩定形成影響最為關鍵的因素還是無功率的補償因素，尤其是對異步發電機實行風力發電，因此，如果想要保證電網的穩定性可采取如下對策：

①采取動態的無功補償，例如靜止的補償器SVC等，它可使系統暫態特性予以改善，進而使風電場安全容量得以提升。在對SVC容量進行選擇之時，還需與SVC調節性、風電場容量以及電網結構相結合來確定。②提升電網負荷功率因素以及加強電網結構也能使風電場安全容量以及系統暫態穩定性得到提升。③排除系統故障之后，低電壓自動切除的風電機組使電網維持穩定最有效的控制方式，但在切除過多之時，要對電網調節控制能力予以考慮。

4 結語

文章就電力系統受大規模風電并網影響的因素進行了討論與總結，通過對這些因素加以了解能確保大型風電并網的安全運行。對風電場并網技術加以研究，能幫助把風電發展中遇到的問題加以解決，從而對風電產業的發展產生一定的推動，進而滿足國家能源結構變化的需求。

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