湖南風(fēng)電并網(wǎng)管理體系構(gòu)建分析

饒成誠(chéng) 夏哲輝

摘要：湖南省發(fā)電過(guò)程的部分用煤，全部用油、氣均需從外省引入，能源資源緊張。目前湖南風(fēng)電項(xiàng)目的核準(zhǔn)與建設(shè)周期短，配套電網(wǎng)送出工程無(wú)論是核準(zhǔn)還是建設(shè)進(jìn)度都難以與風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)保持一致。從調(diào)峰電源建設(shè)、風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)門檻、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)以及風(fēng)電行業(yè)協(xié)調(diào)溝通機(jī)制等五個(gè)方面對(duì)湖南省境內(nèi)風(fēng)電建設(shè)與并網(wǎng)管理體系構(gòu)建進(jìn)行探討，提出了湖南風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題的綜合解決方案，以促進(jìn)“十三五”期間湖南風(fēng)電安全、高效、優(yōu)質(zhì)發(fā)展轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：能源結(jié)構(gòu);風(fēng)電;電網(wǎng)結(jié)構(gòu);發(fā)展轉(zhuǎn)型;調(diào)峰電源

中圖分類號(hào)：TK89;TM732文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

截至2015年底，我國(guó)（不包括臺(tái)灣地區(qū)）風(fēng)電機(jī)組累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到1.29億kW，居世界第一位。落實(shí)國(guó)家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃與全球能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略部署，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，在能源開(kāi)發(fā)層面以清潔能源替代化石能源，要求我們走低碳綠色發(fā)展這一必由之路。截至2014年底，包括“十二五”期間核準(zhǔn)的40個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目，國(guó)家能源局核準(zhǔn)的湖南風(fēng)電項(xiàng)目累計(jì)79個(gè);2015年新核準(zhǔn)的“十二五”第五批湖南風(fēng)電項(xiàng)目共計(jì)35個(gè)，總計(jì)裝機(jī)容量5800MW。湖南風(fēng)電大多集中在湘南地區(qū)（郴州、永州、邵陽(yáng)），絕大多數(shù)為分散接入電網(wǎng)的山地式風(fēng)電。

湖南風(fēng)電項(xiàng)目核準(zhǔn)與建設(shè)周期短，配套送出工程無(wú)論是核準(zhǔn)還是建設(shè)進(jìn)度都難以與風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)保持一致。此外，在省內(nèi)負(fù)荷未明顯增長(zhǎng)時(shí)，將大容量風(fēng)電接入湖南電網(wǎng)會(huì)給電網(wǎng)調(diào)峰帶來(lái)較大困難。再者，風(fēng)電并入地區(qū)配電網(wǎng)會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)一定壓力，例如風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障會(huì)引起風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的電壓跌落，如果所采用的風(fēng)電機(jī)組不具備低電壓穿越能力則會(huì)有大量風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn);風(fēng)電場(chǎng)周邊的電壓常出現(xiàn)一定程度的波動(dòng)，風(fēng)電的間歇性導(dǎo)致風(fēng)電輸出功率的波動(dòng)，都將給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)新的問(wèn)題。

湖南風(fēng)電項(xiàng)目無(wú)論在建設(shè)還是并網(wǎng)技術(shù)管理方面均起步較慢，且要滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展對(duì)能源電力和電能質(zhì)量的要求。本文對(duì)湖南省內(nèi)風(fēng)電建設(shè)與并網(wǎng)技術(shù)管理體系構(gòu)建進(jìn)行分析，旨在逐步完善風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系，以便在“十三五”期間加快湖南風(fēng)電安全、高效、優(yōu)質(zhì)發(fā)展轉(zhuǎn)型。

1我國(guó)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀概述

化石能源的開(kāi)發(fā)利用推動(dòng)了近代工業(yè)的建立與發(fā)展，但其大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用使得資源緊張、環(huán)境污染以及氣候變化等矛盾日益突出。

近年來(lái)，以清潔低碳為主要特征的新一輪能源變革蓬勃興起，清潔發(fā)展大勢(shì)所趨。2015年，我國(guó)清潔能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速增長(zhǎng)，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電新增裝機(jī)容量均創(chuàng)新高，風(fēng)電裝機(jī)容量連續(xù)四年為世界第一，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量首次躍居世界第一。能源開(kāi)發(fā)實(shí)施清潔替代，為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型發(fā)揮了顯著作用。

以風(fēng)電為首的清潔能源項(xiàng)目建設(shè)方心未艾。在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)乏力的背景下，加快推進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速建設(shè)，能夠促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)井噴式大發(fā)展使得全國(guó)“棄風(fēng)”現(xiàn)象較為嚴(yán)重，風(fēng)電消納成為首要難題;同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組技術(shù)性能和風(fēng)能間歇性等特點(diǎn)，也將給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。因此，加快推進(jìn)風(fēng)電與并網(wǎng)管理體系的構(gòu)建勢(shì)在必行。

2湖南風(fēng)電并網(wǎng)安全穩(wěn)定性分析及并網(wǎng)技術(shù)管理規(guī)范

并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響主要包括：①當(dāng)電網(wǎng)或風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)及站內(nèi)有一定的電壓跌落，當(dāng)電網(wǎng)暫態(tài)故障切除后風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)法立即進(jìn)行自動(dòng)無(wú)功/電壓調(diào)整，使得不具備低電壓穿越能力的風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，從而影響地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率以及電壓穩(wěn)定性;②大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊電流將造成地區(qū)電網(wǎng)電壓驟降;③風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)速的頻繁變化引起風(fēng)電場(chǎng)有功出力的變化及附近電網(wǎng)電壓波動(dòng)。此外，大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電將給局部電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)一定影響，主要有：①并網(wǎng)啟動(dòng)沖擊電流、風(fēng)速變化以及風(fēng)電機(jī)組塔影效應(yīng)等帶來(lái)的電壓閃變;②風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配備的大量電力電子裝備帶來(lái)的諧波污染;③風(fēng)電機(jī)組的并聯(lián)補(bǔ)償電容器和線路電抗發(fā)生諧振隱患。

為避免大規(guī)模風(fēng)電集中接入影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定性，并滿足電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的有功調(diào)度、無(wú)功控制以及電能質(zhì)量的要求。根據(jù)相關(guān)文件，新建風(fēng)電場(chǎng)必須完成技術(shù)層面的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)檢測(cè)工作。

湖南并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的檢測(cè)工作主要包括：①風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量檢測(cè);②風(fēng)電場(chǎng)有功/無(wú)功功率控制能力檢測(cè);③風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置性能檢測(cè);④風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)性能評(píng)價(jià);⑤其他并網(wǎng)測(cè)試項(xiàng)目（安全運(yùn)行）。

3湖南風(fēng)電并網(wǎng)管理體系構(gòu)建的必要性

2015年湖南電網(wǎng)最大峰谷差已達(dá)1201.6萬(wàn)kW，同比增長(zhǎng)5.0%，平均峰谷差899萬(wàn)kW，同比增長(zhǎng)41.8%，電網(wǎng)調(diào)峰愈加困難。在全省用電負(fù)荷未明顯增長(zhǎng)，電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題愈發(fā)突出，尤其在省內(nèi)水電大規(guī)模發(fā)電時(shí)期，風(fēng)電面臨棄風(fēng)的困境。

湖南風(fēng)電事業(yè)起步較晚，風(fēng)電行業(yè)科研較薄弱。風(fēng)電等新能源投資規(guī)劃仍處于無(wú)序狀態(tài)，電網(wǎng)發(fā)展明顯滯后于風(fēng)電行業(yè)發(fā)展速度。風(fēng)電場(chǎng)早于送出通道投產(chǎn)，存在棄風(fēng)限電等矛盾，如郴州地區(qū)（后龍、水源、仰天湖）和邵陽(yáng)地區(qū)（金紫山、寨子背）風(fēng)電場(chǎng)消納問(wèn)題最為突出。

風(fēng)電比例較高的美國(guó)、丹麥和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視風(fēng)電能源并網(wǎng)管理工作。針對(duì)湖南風(fēng)電資源無(wú)序并網(wǎng)的現(xiàn)狀，須建立風(fēng)電并網(wǎng)管理工作機(jī)制，優(yōu)化風(fēng)電并網(wǎng)管理工作流程，健全風(fēng)電并網(wǎng)管理體系，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電資源全過(guò)程高效管控。

4風(fēng)電工程開(kāi)發(fā)與電網(wǎng)管理體系構(gòu)建

從早期的普通異步風(fēng)電機(jī)組、雙饋風(fēng)電機(jī)組，到目前較為普遍的直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電設(shè)備在不斷被改良中。新投產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)基本可以實(shí)現(xiàn)低電壓穿越能力，不會(huì)輕易脫網(wǎng)。目前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的主要矛盾并非風(fēng)電機(jī)組等技術(shù)類層面，更多源于風(fēng)電并網(wǎng)管理體系的健全性。

傳統(tǒng)化石能源從開(kāi)發(fā)到成為電能包含能源規(guī)劃、電廠建設(shè)、電廠并網(wǎng)、廠網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行和電能消納五個(gè)環(huán)節(jié)。國(guó)外風(fēng)電有序并網(wǎng)管理體系一般由組織機(jī)制、運(yùn)行管理機(jī)制、協(xié)調(diào)機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制，保障機(jī)制等五個(gè)部分組成。