大規(guī)模風電接入電網的相關問題及措施

朱黎

【摘 要】大規(guī)模風電的開發(fā)利用是我國在新時期做出的一項重要戰(zhàn)略選擇。針對目前我國大規(guī)模風電接入電網的相關問題，借鑒國外先進經驗展開論述。指出我國風電大規(guī)模、集中開發(fā)、遠距離、高電壓輸送的獨有特點，以及由此帶來的系統(tǒng)調頻、調峰、風電功率預測、低電壓穿越等運行控制問題。在政策法規(guī)、并網導則和檢測認證等方面與國外進行比較，指出了存在的問題。最后提出了大規(guī)模風電接入電網的相關措施。

【關鍵詞】風電；電網；法規(guī)；政策；標準；措施

我國風能資源豐富，據最新風能資源普查成果初步統(tǒng)計，我國陸上和近海區(qū)域10m高度可開發(fā)和利用的風能儲量約為10億千瓦[1]。近年來，隨著我國《可再生能源法》的實施以及一系列促進可再生能源發(fā)展政策的頒布，我國風電裝機容量快速增長。與此同時，在國家“建設大基地、融入大電網”的風電發(fā)展戰(zhàn)略指導下，風電場呈現(xiàn)出規(guī)?；l(fā)展的趨勢，單一風電場裝機容量由幾萬千瓦增長到幾十萬，甚至上百萬千瓦[2]。風電對電網的安全穩(wěn)定運行帶來越來越大的挑戰(zhàn)。本文針對我國風電發(fā)展的熱點問題，借鑒國外的先進經驗，論述了風電接入電網的運行控制方面存在的問題，最后提出了相關措施。

一、風電接入電網的有關問題分析

（一）系統(tǒng)調頻

電力系統(tǒng)是個實時動態(tài)平衡系統(tǒng)，發(fā)電、輸電、用電必須時刻保持平衡。常規(guī)電源功率可調、可控，用電負荷的預測精度已經很高，在沒有風電的情況下電網頻率完全可控。風電功率具有波動性和間歇性，并且很難精確預測，這給電網調頻帶來一定影響[3]。風電機組輸出的有功功率主要隨風能變化而調整，一般情況下風電機組不參與系統(tǒng)調頻。德國只要求風電機組在高頻時候可減出力（即采用放棄部分風能的做法）；英國要求參與調頻，但一般不用；丹麥要求在大規(guī)模、集中接入、遠距離輸送的大型風電場留有一定的調節(jié)裕度（即采用棄風方式保留一定的調整容量），不僅參與調頻，還參與調峰。我國現(xiàn)行的標準沒有對于風電機組參與系統(tǒng)調頻提出要求，現(xiàn)有運行風電機組均不參與系統(tǒng)頻率調整。

（二）系統(tǒng)調峰

由于風電具有隨機性、間歇性、反調節(jié)性及波動大的特點，所以在對系統(tǒng)調峰的影響主要表現(xiàn)在：第一，大規(guī)模風電接入導致電網等效負荷峰谷差變大，客觀上需要增大調峰容量；第二，風電的反調節(jié)特性進一步加大了對系統(tǒng)調峰容量的需求。調峰問題是制約我國風電大規(guī)模并網的主要矛盾之一[4]。如目前我國風電所占比例最高的吉林電網，調峰問題突出。吉林省調直調的供熱機組占直調容量的90%，風電裝機占7.8%。在冬季夜間的低負荷、大風時段，風電出力大，電網調峰困難，被迫限制風電出力。

（三）風電功率預測

風電功率預測根據數值天氣預報數據，采用物理方法或統(tǒng)計方法生成預測模型和預測核心程序，然后進行預測。目前國內外風電功率預測手段還不太成熟，預測精度與電網負荷預測相比還有較大差距。國外對風電功率預測的研究已經有20多年的歷史，并已在電網調度中心和風電場中普遍應用。我國風電功率預測工作剛剛起步。中國電力科學研究院和吉林省電力公司已經合作開發(fā)了風電功率預測系統(tǒng)，并在吉林省電力調度中心實現(xiàn)了工程應用。預測精度的進一步提高和系統(tǒng)完善還需要做大量的工作。

（四）低電壓穿越

低電壓穿越能力是指在電網運行中，當系統(tǒng)出現(xiàn)擾動或遠端（近端）故障時，可引起局部電壓的瞬間跌落，期間電源維持并網運行的能力。在這種情況下，常規(guī)機組（火、水、氣、核）均可通過快速勵磁調節(jié)，提供電壓支撐，保持在系統(tǒng)低電壓期間機組的可靠聯(lián)網運行而不脫網（一般為故障重合閘時間），低電壓穿越能力強。風電機組也應具有低電壓穿越能力，以防止在系統(tǒng)出現(xiàn)擾動或故障情況下脫網停機，對電網造成更大沖擊。我國并網風電機組，由于未配備快速無功補償裝置或相應控制系統(tǒng)（我國沒有這方面的要求），均不具備低電壓穿越能力。

二、風電接入電網的相關措施

（一）在電網建設和規(guī)劃方面

第一，積極推進“一特四大”戰(zhàn)略的實施，建設以特高壓為骨干網架、各級電網協(xié)調發(fā)展的統(tǒng)一堅強智能電網，為接納可再生能源搭建更堅實、更廣闊的平臺。

第二，促進全國風電整體布局規(guī)劃盡快出臺，指導各地區(qū)風電規(guī)劃和項目前期工作；爭取將風電規(guī)劃納入電力工業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃，在國家層面實現(xiàn)風電與電網及其他電源的統(tǒng)籌規(guī)劃。

第三，結合全國風電發(fā)展規(guī)劃，開展大型風電基地接入系統(tǒng)和電網消納能力專題研究，合理安排風電建設時序。

第四，結合統(tǒng)一堅強智能電網的發(fā)展規(guī)劃，進一步加強全國電網互聯(lián)和風資源豐富地區(qū)的特高壓電網建設，實現(xiàn)全國范圍內的資源優(yōu)化配置，使風電等新能源送得出、落得下、用得上。

第五，統(tǒng)籌考慮大規(guī)模風電與配套水、火電電源的建設，打捆外送，提高輸電系統(tǒng)的經濟性和安全穩(wěn)定水平。

第六，同步建設一定容量的調峰調頻電源，解決風電大規(guī)模發(fā)展帶來的調峰調頻問題，確保電網安全穩(wěn)定運行。

（二）在政策和技術標準方面

第一，積極主動配合國家有關部門做好風電接入電網相關戰(zhàn)略、政策及規(guī)劃問題的研究工作。

第二，積極開展與風電發(fā)展相關的系統(tǒng)接納能力、電價機制等重大問題研究，為我國風電政策體系的完善提供堅強決策支撐。

第三，促進國家盡快制訂、修訂國家相關標準，嚴格風電技術要求，明確并強制執(zhí)行風電機組和風電場接入電網技術性能要求。

第四，促進建立我國強制性的風電并網認證和檢測制度，完善并網檢測認證體系，對并網風電機組實行強制檢測認證，確保電網的安全穩(wěn)定運行。

（三）在電網運行控制方面

第一，加強風電大規(guī)模接入電網的運行控制技術研究，制定調度管理規(guī)程、規(guī)定，規(guī)范調度運行、計劃管理、檢修安排和事故處理。

第二，加快風電機組和風電場模型的研究工作，深化大規(guī)模風電接入后的電網穩(wěn)定分析與運行控制研究。

第三，加強風電功率預測方法和系統(tǒng)研究，總結積累實際預測經驗，提高預測精度，加快風電功率預測系統(tǒng)推廣應用。

第四，依法加強風電場的并網安全性評價，提高風電場和電網的安全穩(wěn)定運行水平。

（四）在技術支撐和人才保障方面

第一，加快建設國家風電并網研究檢測中心，盡快完成風電試驗基地的建設，全面開展風電機組和風電場檢測工作。以公司風光儲示范項目為依托，整合公司研究資源，加快大容量儲能技術的研發(fā)和推廣應用。第二，加快人才培養(yǎng)，加強國際技術交流與合作，滿足風電快速發(fā)展的需要。

三、結論

大規(guī)模風電接入電網給電網的運行控制帶來越來越大的影響。在扶持風電發(fā)展的同時，應加強風電對電網影響的相關技術研究；建設統(tǒng)一堅強的智能電網；建立或完善相關政策法規(guī)、標準體系和檢測認證制度；建設高素質的人才隊伍，保障風電與電網的和諧發(fā)展和電網的安全穩(wěn)定運行。

【參考文獻】

[1]張宏宇，印永華，申洪，何劍，趙珊珊.大規(guī)模風電接入后的系統(tǒng)調峰充裕性評估[J]. 中國電機工程學報.2017（22）.

[2]魏曉霞.我國大規(guī)模風電接入電網面臨的挑戰(zhàn)[J].中國能源.2016（02）.

[3]肖創(chuàng)英，汪寧渤，丁坤，陟晶.甘肅酒泉風電功率調節(jié)方式的研究[J].中國電機工程學報.2016（10）.

[4]袁鐵江，晁勤，李義巖.大規(guī)模風電并網電力系統(tǒng)經濟調度中風電場出力的短期預測模型[J].中國電機工程學報.2017（13）.