探究能源互聯網背景下的風力發電關鍵技術

何聚彬 楊成東

摘 要：傳統能源是不可再生的，過度的開發還會給環境造成嚴重污染。新能源屬于可再生資源，而且具有環保、節能優勢，已經逐漸取代了傳統能源。在科技騰飛的21世紀，利用新能源發電已經是大勢所趨，以風力發電、太陽能發電為代表的新能源發電技術已經得到了廣泛推廣。未來電網的發展方向，必然是智能管理、能源互聯網、統籌安排等。本文基于能源互聯網背景，闡述了風力發電的關鍵技術。

關鍵詞：能源互聯網;風力發電;新能源;電網調壓

1、能源互聯網介紹

能源互聯網最大的特點是通過可再生資源進行發電，但這種發電方式存在間歇性，因此要通過大數據的準確分析對電站的發電情況、負荷波動情況做出預測，以維持電網的供需平衡。合理利用分布式可再生資源，最重要的建立實時、互動的能源管理平臺，完善能源互聯網建設。傳統電網主要以銷定產的方式進行配電，通過調節電網側來維持電網運行，但利用可再生資源發電，會受到當地環境、氣候特點的影響，發電是無序的，所以要對發電側進行實時調控。

①電網側：電網通過功率預測系統來實現對發電廠站輸出功率的調節，從而高效利用可再生能源。可再生能源電廠的電網接入，可以采用“拔插式”的方式，但考慮到季節、氣候、地理環境等客觀因素的影響，一些發電站并不能進行實時發電，而是需要在發電站有功率輸出的情況下接入電網，如果沒有攻略輸出，就要從電網接入端把電站“拔掉”。

②發電側：根據電網的調壓要求對輸出負荷進行動態調控，如果電站、電網的狀態是“拔開”，則可以存儲發電量，或者進行電能轉換，以達到相互關聯多元能源的目的，最大程度的利用可再生能源。

2、風力發電的技術發展

2.1風力發電機組控制技術

這也是提高風能利用率、維持風力發電機組安全運轉的重要的技術保障。在我國東北、華北和西北地帶分布了大量的風能資源，比如阿拉山口、達坂城等地區。但這些風能資源豐富的區域環境卻極為惡劣，特別是沿海地區，要想充分利用風能資源，風力發電機組的控制系統必須可靠。隨著科技的飛速發展以及互聯網技術、信息技術的廣泛應用，風電機組的控制技術也有了很大改良，比如結合計算機技術來促進并網運行風力發電技術的發展。并網風力發電技術的原理是：通過葉輪的轉動把風能轉化為機械能，然后帶動發電機把機械能轉化為電能。

2.2風力發電機組的機型和容量

傳統風力發電機主要有以下幾種：繞線式異步發電機、籠統型異步發電機、同步發電機和有刷雙饋異步發電機，以上發電機都有效率低、風能利用率不高的缺點，而且運行過程中容易受到外部環境的影響，穩定性和可靠性較差。以開關磁阻發電機為代表的新型發電機，其優勢是能量密度高、結構簡單、過載能力強，在不超過30KW的小型風力發電系統中的應用非常廣泛。除此之外還有磁懸浮風力發電機，顯著提高了對風能的利用率以及發電效率，對于促進風能經濟的穩步發展具有重要意義，為社會的經濟發展也做出了巨大貢獻。

3、風電場對電力系統平衡性產生的影響

3.1風電場影響電網電壓的穩定性

風電場中應用最多的發電機組有兩種：異步感應發電機組和雙饋感應發電機組，這兩種機組的運行都會影響電網電壓。

異步感應發電機組對電網電壓穩定性的影響體現在兩方面：①感應發電機需要吸收無功來實現運行，和普通發電機有本質的區別，在接入電網的情況下，電網首先要提供一部分的無功功率，在切出電網的情況下，電網也會產生一部分的無功功率。②在風電機組的有功功率增長的情況下，機組吸收的無功功率也會增長，勢必會增加線路上的無功損耗。在此情況下，發電機組端會通過并聯電容來補償，如果并聯補償的無功功率加上線路充電功率的綜合比機電組吸收的無功功率、線路消耗的無功功率更大，那么電壓就能保持良好的穩定性。反之，機端的電壓水平下降，電壓的穩定性也會下降。

雙饋感應電機機組可以對有功功率、 無功功率進行解耦控制，保證在有功功率增加的情況下仍然不會對無功功率造成很大影響。而無功功率的大小主要取決于如何控制風電機組，不會和電網產生無功交換，所以雙饋感應電機機組的穩定性要優于異步感應發電機組。

3.2風電場影響電網頻率的穩定性

在電網中接入風機組，一定會和電網運行的頻率保持一致。生產電能的過程中，用于配送、消耗的時間極為短暫，因此在一個時間點內生產的電能要和消耗的電能相同，否則就會改變電網頻率。風電場對電網頻率穩定性的影響，表現在多個方面，比如故障點與風電場的距離、風電機組的配置頻率、系統的開機方式、風電機組的低壓穿越能力、系統的一次調頻作用、電網故障的嚴重程度等。在風電機組采取了頻率保護措施的情況下，一旦風電機組的出力發生改變，那么系統的頻率變化也會在機組可以承受的范圍內。在風電機組沒有采取頻率保護措施的情況下，機組的突然出力就會造成頻率的巨大改變，最終影響頻率的穩定性。

對于沒有低壓穿越能力的發電機組，一旦機組端的電壓太低，風電機組就會被切除，如果切除的規模太大，電網頻率就會嚴重下降。電網抵押保護裝置會把其余的負荷切除，勢必會影響正常供電。為了避免這一問題，現階段的大部分風電機組都具有低壓穿越功能。

4、風電功率的預測

4.1風電功率預測的意義

在電力系統中，功率預測是十分重要的環節。通過有功功率的日負荷曲線可以制定年發電方案，檢修方案則可以參考有功功率的年負荷曲線來制定。這也是緩解電力系統調峰，提高電力系統調壓能力、調頻能力、調整風電接納能力的重要方式。

4.2風電功率預測的基本要求

不同國家的電網調度部門所提出的功率預測要求也有所區別，就我國而言，風電功率的預測有兩個要求：一是短期預測，每天預測兩次，從00：00開始，預測接下來72小時內的功率，時間分辨率為15min，這一要求主要是針對系統發電計劃來設計的。二是超短期預測，在0～4小時之前預測，主要是針對電網的實時調度設計的。

4.3風電功率的預測方式

4.3.1統計方法

不需要考慮風電機組運行的物理過程，只分析以往風電機組的運行記錄和歷史數據，從中獲得天氣狀況和風電場之間的關聯，參考未來一段時間的天氣信息來預測功率。

4.3.2物理方法

根據天氣預報的相關數據，比如風速、氣壓、風向、風場周圍的障礙物、等高線、粗糙程度等，通過物理公式來計算風機輪轂周圍的風速、氣溫、風向和氣壓，然后通過已經獲得的功率曲線來預測功率。

無論是統計方法還是物理方法都各有優勢與不足，但對風電機組功率的預測結果均相對準確。

5、風力發電的發展趨勢

5.1海上風場技術

與內陸相比，海上風力資源更加豐富，而且主導風向穩定，周邊環境不會對風電技術產生較大影響。但與此同時，仍有一些技術難題需要解決，比如海上風電場運輸技術、風電系統保護與維護技術、海上風電場協調控制技術等。如果成功解決了以上問題，那么風力發電的穩定性將會得到質的提升。

5.2大容量風電系統

隨著社會各行業領域對電能需求的增加，兆瓦級的大容量機組已經成為必然的發展趨勢，大容量風電系統可以顯著提高對發電設備的利用率，減少風能資源的浪費，顯著提高風電產業的經濟效益。但目前而言，這種大容量機組的研發仍然存在很多問題，比如增加容量后，對發電機的材料、設備、控制技術也會有更高要求。

結束語

能源互聯網是時代發展的產物，如何讓風力發電更好的適應能源互聯網，相關內容的研究目前還處于起步階段。值得肯定的是，在解決全球氣候變暖問題、提高國家能源安全性、促進低碳產業發展等領域，風力發電具有獨特優勢，而且技術已經非常成熟，具有非常樂觀、廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]曲朝陽，張藝競，王永文， 等.基于Spark框架的能源互聯網電力能源大數據清洗模型[J].電測與儀表，2018，55（2）：39-44.

[2]袁飛.全球能源互聯網中風力發電面臨的問題及對策[J].電氣傳動自動化，2018，40（4）：51-53.