風電發展與并網技術探究

劉嵩

國核信息科技有限公司 山東濟南 250101

在我國科技的發展，各領域的技術水平逐漸提高的今天，對于風能利用，并網發電屬于目前大規模風電場在風能開發過程中的最重要形式，因此學術界對于并網運行存在的各類型問題極為關注。

1 發電機并網運行概述

發電機并網是指將發電機同步并入電網，以向電網輸出電能。發電機組并網運行簡單來說就是發電機和系統電網之間的一種運行連接模式，在這一種模式中，發電機的電壓、頻率與其他發電機組一致。發電機有兩類并網方法，準同期和自同期。準同期的意思為發電機的電壓、頻率、相序、相位與系統電網完全一致，而發電機的出口斷路器和電網系統并網的手段；自同期并列屬于發電機不加勵磁時，等到系統電網和發電機所共有的頻率一致時，合上發電機出口斷路器，與系統相連的基礎上，提高發電機勵磁電流升壓，并借助系統進一步促進發電機同步頻率的一類運行方式，不過實際情況中，自同期并網模式一般不被采用于風力發電機組。目前，大規模風力發電中，基本上采用自動準同期的并網模式，借助微機進一步針對是否達到同期條件做出判斷的基礎上，自動發信號斷路器合閘并網。

2 風電發展與并網技術

2.1 風電并網仿真

在我國有著諸多類型的風電機組，這些風電機組有著不同的特性，因此對普適性強的通用模型進行建立是非常困難的。而且大規模時空不確定性風電在末端電網中的集中接入，使得以往的仿真方法愈發難以適應風電并網的研究要求。因此，我國急需探尋通用性強的風電機組建模方法，以此對子模塊模型庫以及通用化模型結構進行建立，以便于辨識和實測其關鍵參數，進而確保能夠準確模擬出不同種類風電機組的主要特性。當前，我國針對不同種類的風電機組，以實測參數為依據對多達150 個不同型號的風電機組的仿真模型進行了建立，其仿真暫態誤差控制在20% 以內，這使得我國無論是在仿真模型數量上，還是在仿真精度上，都領先于國外其他國家。現階段，我國電力科學研究院已經能夠采用時序生產模擬法，并建立了通用性較強的風電機組模型，從而實現了對一體化風電并網仿真平臺的建立，進而使電網和時空不確定性風電間的影響關系得到了全程化模擬，進而使大規模風電并網的仿真要求得到了有效滿足。

2.2 降低功率耗損以及電網壓力

電網功率通常劃分為兩種：有功率消耗；無功率消耗。隨著風電發電網在功率損耗方面的研究不斷深入，通過功率計算的方式，能夠及時有效發現電力線路中隱藏的故障以及潛在的安全隱患，在進一步降低風電網功率損耗的同時，還能夠降低用電負荷，保證電力設備的使用壽命。所以，要想更好地對風電網的有效功率進行計算，需要選擇合理的導線路徑，在傳輸量最大的基礎上降低電阻的壓力值，最大范圍內降低以及減少有效功率的損耗，保證有效功率傳輸的高效性。對產生的無效功率，要依據風力發電場的實際情況，有選擇地選用專業變壓器來負責電場的供電以及發電，針對性地進行無功補償。在我國當前風電新能源的發展現狀及其并網技術的發展現狀來講，整合風力電網資源，開展無功補償，采用并聯電容器、同步調相機以及靜止無功電力補償器三種電力損耗無功補償的方式。充分結合電網的基本特點以及電網建設的基本需求，針對性選擇可以最大限度降到風力電網運行負荷的建設方案，有效降低功率損耗，創造更多的經濟價值與社會效益。

2.3 同步發電機組并網技術

因為同步發電機組轉子帶有磁極，節省了勵磁電能，故發電效率更高。而且其工作中可以輸出有源電力，可以向電網提供無功功率，從而使終端用電設備得以正常運轉，等同于提高了電網的可靠性。但是，風能具有不可調控性，在我國一些地區，春秋季風量大，可以產生大量電能，風電并網會對電網形成強烈沖擊，降低電力系統電壓值，使發電機等形成磨損，降低設備的使用壽命。另外，這種并網技術因為風速的不可調控性，不同等級的風之間的轉換使轉子扭矩失去穩定，最終使電壓頻率、振幅和相位輸出不能和電網系統電壓保持一致。具體的解決辦法是在風力發電廠和電網之間安裝頻率轉換器。

2.4 風電機組與常規同步機組的交互作用與協調控制問題

目前，針對并網風力發電穩定性的大量學術型研究中，大部分主要針對大型風電場運行環節的大電網整體穩定性予以常態性研究。主要原因在于大電網穩定一旦遭到破壞，勢必會造成整個大型風電場的任何接入元件運作存在一定的故障。故而大電網接入大型風電場系統之后，其穩定性到底會發生什么樣的演變，是趨向于變好，還是趨向于變差，都難以得到一種較為系統性、固定性的結論。在平常研究中，不論是趨向于變好，還是趨向于變差都曾經有專家給予系統性的研究，而且研究過程、結果都相對較為公正。不過也存在一定的問題，主要為當電網大規模接受異步電機所導出的功率時，該怎么樣才可以做到 “趨利避害”，從而使得電網接入之后，整個大型風電機組的系統整體穩定性可以獲得很大程度的提升。通過研究可知，風電機組與常規同步機組之間的交互作用與協調控制問題的解決突破口在于，研究大型風電場風電機組對于同步機組的影響，以及風電機組與常規同步機組兩者之間所存在的交互作用與協調控制。

2.5 試驗檢測

對于風電機組來說，其并網性能的提高離不開一系列的試驗檢測，只有進行不斷的試驗檢測，才能使我國風電機組的制造水平不斷提高，進而確保風電系統的穩定、可靠運行。風電并網檢測主要包括風電場并網檢測和風電機并網試驗兩個組成部分，其中，風電機組的并網試驗需要檢測風電機組的電能質量、低電壓穿越能力、有功調節能力、無功調節能力、電氣模型驗證能力以及電網適應性能力等。而對于風電場并網檢測來說，則需對風電場的風電機組在電能質量、并網性能、有功/ 無功控制能力以及低壓電穿越能力進行檢測和評價。風電機組的種類、型號眾多，這也導致其檢測需求大幅增加，因此需要對相應的試驗檢測平臺進行建立。同時，為了使電網擾動能夠進行在線精確模擬，并解決試驗設備無法共享、試驗機位重復性利用等問題，我國還研究出一種以閥控技術為核心的電壓跌落發生方法，進而確保風電機組在不停機的情況下能夠進行低電壓穿越測試。

2.6 異步發電機組并網技術

異步發電機組和同步發電機組相比，其因為風力渦輪機通過傳輸效率調整負載，故不需要精確的轉速實現和系統電壓匹配，只要和同步發電機組的轉速基本一致即可。故此，其沒有十分龐雜的控制設備，而且并網以后與同步發電機組相比，對電網系統沖擊小，而且能夠保持較為穩定的電壓，會有效抑制震蕩和步進。但是當人工操作時，可能會出現電壓改變，從而使整個系統電壓值發生改變。另外，其不能提供無功功率，會導致終端用電客戶用電體驗，造成電器設備損壞，因此，需要進行無功功率補償。

2.7 風電功率評估

首先，在該技術當中，主要應用了天氣遇到的分析信息，由于我國天氣預報技術較為完善，使得其采集到的天氣信息較為準確，為風力發電以及并網提供了良好支持。其次，通過對風電設備周邊信息的采集，準確掌握風電場所的具體情況，并以此為基礎，確定出輪轂的風向，以及風力的流動速度。最后，利用上述得到的結果，可繪制出相應的功率曲線，從而推導出風機的實際功率。通過這一技術的應用，能夠為風機的選擇提供重要幫助，從根本上改善了預測不準確的問題，極大程度上提升了預測的精確度。

2.8 無功補償方式

①在現有風電系統內，安裝動態無功補償裝置，如SVC 補償器等，通過這類設備的使用，優化風電的暫態性能，增加風電場的最高容量。確定SVC 容量時，不僅要考慮SVC 的調節性，同時還要集合風電場的容量，關注電網的內部結構等。②改進電網結果，或者是提高符合功率，也會增加風電容量，并優化風電暫態性能。③對風電系統進行檢查，確保其無故障之后，將低電壓的部分隔離，使得整個風電系統運行時，能夠一直采用最佳的控制方式。但需要注意的是，若隔離部分較多時，應分析電網調控性能，確保低電壓部分隔離的同時，不會對調節功能造成較大的應用，使電網可以安全、穩定的運行。

3 結語

風電并網技術的發展在一定程度上影響著我國未來的風力發電行業，在開展風電并網技術應用中，相關的部門要進一步提升風電并網技術，實現機組優化，解決提出問題，并不斷優化管理，提升設備質量，促進整體風電電能質量提升。