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(qiáng)

摘 要：隨著我國社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國各個(gè)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(huì)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(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的技術(shù)，我國要實(shí)時(shí)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(jìn)一步發(fā)展和突破，工程技術(shù)人員需要進(jìn)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(jī)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(jìn)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(xiàng)目的發(fā)展非常迅速。與世界其他風(fēng)電強(qiáng)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(jí)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(jìn)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(xiàng)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(xiàng)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(jìn)一步完善，從設(shè)計(jì)、咨詢、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)、監(jiān)測(cè)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(duì)當(dāng)前選址在遠(yuǎn)離城市的風(fēng)電項(xiàng)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(shí)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(yùn)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(jià)格問題需要進(jìn)一步理順，風(fēng)力發(fā)電的成本核算、市場(chǎng)供需等因素直接關(guān)系到風(fēng)電的價(jià)格，需要眾多單位參與共同擬定合理的價(jià)格既要滿足投資同時(shí)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(jī)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(shí)風(fēng)電入網(wǎng)必然也要進(jìn)入市場(chǎng)化運(yùn)作，因此，建立健全風(fēng)力發(fā)電的政策扶持與市場(chǎng)運(yùn)行相結(jié)合的體制機(jī)制建設(shè)勢(shì)在必行。首先，要從政府層面建立起完備的風(fēng)電項(xiàng)目扶持政策體系，從政策性文件的制定、規(guī)范立項(xiàng)審批手續(xù)、加強(qiáng)項(xiàng)目監(jiān)管等方面形成科學(xué)規(guī)范的制度，確保風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展建設(shè)在正確的軌道上前進(jìn)。其次，加強(qiáng)對(duì)市場(chǎng)層面的監(jiān)督，但不過多干預(yù)，對(duì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在市場(chǎng)化運(yùn)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)體制和機(jī)制的健全。最后，政府扶持政策與市場(chǎng)的杠桿作用并不是對(duì)立的，必須要進(jìn)行有機(jī)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(shì)的外部條件，從而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)該事業(yè)的深度發(fā)展。

2.2微網(wǎng)運(yùn)行工藝

首先是微網(wǎng)的運(yùn)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(yùn)行安全無法有效保障。所以，加強(qiáng)系統(tǒng)控制非常關(guān)鍵，重點(diǎn)是解決協(xié)調(diào)控制問題。微網(wǎng)系統(tǒng)中，雖然每一個(gè)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(yùn)行過程中，要保持電壓穩(wěn)定，降低其對(duì)大電網(wǎng)的負(fù)面影響。另外，微網(wǎng)對(duì)并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行兩種狀態(tài)的切換同樣會(huì)對(duì)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(duì)大電網(wǎng)的威脅。其次是微網(wǎng)的故障檢測(cè)與保護(hù)。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)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(hù)措施無法有效地維護(hù)系統(tǒng)，甚至還會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害。所以，要研究不同運(yùn)行模式下的故障檢測(cè)和維護(hù)控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮微網(wǎng)的作用。

2.3計(jì)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(dòng)特性，為保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，配電網(wǎng)對(duì)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(yùn)行中時(shí)有發(fā)生，因此，為促進(jìn)風(fēng)電新能源的利用效率和配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)性的提高，需對(duì)風(fēng)力發(fā)電在配電網(wǎng)的并網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化分析。在對(duì)風(fēng)電輸出功率特性分析的基礎(chǔ)上，考慮需求響應(yīng)對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化的影響，建立計(jì)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(shí)例的計(jì)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(diǎn)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。基于基礎(chǔ)的電路模型與控制模型，對(duì)DFIG并網(wǎng)系統(tǒng)超高次諧波進(jìn)行初步分析。這些研究更多立足于仿真或?qū)崪y(cè)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(duì)超高次諧波具體產(chǎn)生機(jī)理與影響因素進(jìn)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(dòng)汽車相關(guān)領(lǐng)域已有較為深入的研究。總之，有必要立足于風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行背景，基于其變流器超高次諧波產(chǎn)生機(jī)理，進(jìn)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(duì)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(shí)，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(jī)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(yùn)行在缺少儲(chǔ)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(diǎn)。孤島若能夠保持電壓和頻率的穩(wěn)定，則有助于避免切機(jī)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(shí)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?yàn)槎喾N因素的制約，其進(jìn)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(yùn)行效率，促進(jìn)電力行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

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