風電新能源并網技術研究

青海格爾木魯能新能源有限公司 吉孝明

在石化能源短缺問題突出與經濟快速發展的背景下，加大對可再生新能源開發利用的研究力度顯得尤為重要。本文主要對風電新能源發展與并網技術進行闡述，分析風電新能源的特點，探究風電新能源給電網帶來的影響，提出完善風電并網性能的對策，希望對風電場建設發展起到參照與促進作用。

隨著社會經濟迅猛發展，人們的生活水平不斷提高，對能源的需求逐步增大，能源供應逐步呈現出了緊張的態勢，環境問題越發突出，因此近年來社會關注焦點逐漸向可再生能源的開發利用領域轉變。隨著新能源發電技術的逐步成熟，風力資源的開發利用越發自如。但風電新能源的發展仍處于摸索階段，有較大的發展空間，還需多措并舉，逐步解決我國風電并網技術難題，以推動風力發電工程穩中求進。

1 風電新能源的開發現狀

1.1 開發效率低

風能能量的密度較小，需采用較大風輪尺寸的風力發電機，以獲取同等的發電容量。但實際上，風輪機對風能資源的開發效率普遍偏低，最大效率不超過60%。在實踐中受多種因素影響，水平軸風輪機最大效率為20%-50%，垂直軸風輪機的最大效率為30%-40%。

1.2 電能波動較大

風能屬于過程性能源，風向與風速等方面存在明顯的間歇性及隨機性等特征。此外，風力發電機調控處理的穩定性與實效性差，導致從風電機組發出的電能有較大的波動性。

1.3 風力風電不易調節

風能資源難以大量儲存，蓄電成本相對較高，明顯高于發電等環節的成本，導致電網系統的蓄電能力低，通常在輸出電量的情況下才能調節收納電量。電網存在明顯的不可調度性，受風能不可控的特征影響，無法根據負荷大小去合理調節風力風電，電網調度壓力和難度隨之增大。受人力資源短缺等因素影響，無法滿足選派專人值守各風電機組的要求。

1.4 風電場分布地區偏遠

風能資源豐富的地區往往偏遠，導致風電場與負荷中心的距離較遠，電網的網架結構性能相對較弱，導致當地電網的輸電功能無法實現風電的遠距離輸送。因此，還需加大對風電輸送工程的研究與建設力度，加強電網建設的創新發展，以實現對風電資源的有效開發利用。

1.5 電網受風電的影響較大

風的速度是多變與不可控的，其增加了風電場處理的不確定性。同時，當前的風能發電技術水平偏低，產生的風電量相對較低，進一步增大了電網平衡調度有用功和無用功的難度。首先，從風電對電能質量的影響入手分析，傳統風電單機的容量小，其通常使用并網便利與結構簡單的異步發電機直接連接配電網。由于風電發電場分布在偏遠地區，網絡消耗大、電壓相對較低，因此受沖擊的接收性能相對較弱；因此，風電新能源給配電網造成的諧波污染與電壓閃變的風險系數較大。其次，從風電對電網調度與規劃的影響入手分析，風能相對于傳統電源，具有明顯的不可預測與不可控性。并網后的風電場，電網可通過調峰容量與備用容量的差值進行風電調峰，但風電的調峰量有明顯的局限性，因此會直接影響風電的實際運用率。尤其是電網無法平衡風電場的功率波動時，風力發電注入電網的功率會受到阻礙。因此，在安排發電計劃前，需對系統的調峰與調頻問題進行合理的規劃。唯有提高電網的容量，才有利于推動電網建設與電場建設的協同發展。為實現資源優化與高效利用，遠距離電能輸送是重要前提，可間接帶動區域經濟發展，同時推動電網現代化發展。

2 解決我國風電并網技術難題的有效途徑

2.1 優化風力發電項目發展

隨著可持續發展理念深入推進，風電工程作為可持續發展的重要舉措，加大對風力發電項目的實踐研究與創新發展意義重大。在風力發電項目的建設與使用中，應當及時發現其潛在的問題，多角度分析問題的原因，以推動風力發電項目健康發展。要加強對施工現場的監督管理，及時發現與記錄分析設計偏差問題，綜合各種影響要素及時調整施工，以減少工程變更，促使風電工程建設順利展開。

2.2 形成獨特布局結構

為提高電網的穩定性，在電網建設中主要采取閉環結構與開環運行的方式。應用環形狀的電網網絡，在出現故障后會向輻射狀轉變，技術人員發現線路故障問題后，應及時通過開關選擇其它線路供電，確保電路穩定運行。該種手段同樣適用于風力發電中，促使風力發電入網建設高效展開。與此同時，需根據實際情況完善規劃，逐步形成科學的獨特的布局結構，以實現效益最大化。

2.3 科學預測風力發電量

科學預測風力發電量是控制風電的隨機性與實現風電向常規可調度電源轉變的重要前提。通過對風力發電功率預測方面的深入研究，發現精準預測風電機組輪轂高度位置的氣象信息，主要通過結合各數值天氣預報模型的途徑，實現對功率的短期精確預測。在實踐中通過NWP預測氣溫與風速、風向等相關信息，圍繞風機周圍的物理信息，計算出風力發電機組轂高度的風向與風速。圍繞風機的功率曲線，得出最后的輸出功率，可避免惡劣氣候對預測數據精確度的影響。

2.4 合理降低電網壓力

電網損耗主要包括無功損耗與有功損耗兩種，可通過計算功率的途徑，實現對功率損耗的深入研究，并通過降耗的方式減少用電負荷，最大程度發揮實現用電設備的性能；同時，延長用電設備的使用壽命。電路的設計過程復雜繁瑣，需根據有功功率的計算結果等實際情況，合理選擇導線的路徑，以切實達到降低電路中電阻功率損耗的目的；合理選擇變壓器以達到減少無功功率損耗的目的。為加強無功補償的針對性，需在電網的建設中，加大電網資源的優化與整合力度，合理運用同步調相機與靜止無功補償器等方法，進一步優化無功補償。根據電網特征合理選擇設備，以有效降低電網運行的負荷，以加速風電新能源的現代化發展步伐，不斷提高經濟效益。

2.5 加強技術資金支持

由于風電場分布的地區偏遠，與用電負荷中心的距離遠，在遠距離輸電中，由于輸電線路相對較長，會出現一定的電能損耗與資源浪費等問題。因輸電線路引起的電能損耗問題，會不可避免地促使電壓降低，無法確保電力系統在正常負載下運行。受低電壓引起的感應電機溫度升高的影響，用電設備的性能會降低、使用壽命會縮短。因此，在風力發電中可通過在變壓器上設置開關的方式，解決電壓過低與電能損耗的問題。電力行業的發展空間巨大，應當逐步加大風力發電系統的資金支持力度，以夯實電網設施建設的基礎，推動電力行業規模化發展。

3 風電并網技術發展態勢

3.1 風力發電機組的發展動向

開發單機容量大的風電機組，如MW級大型風電機組設備，可有效降低風力發電成本。解決偏遠分散地區就地供電的問題，可使用開發分散式小型與微型風力發電系統，更利于資本節約與資源高效利用。

3.2 新技術在風力發電容量預測中的應用

隨著各區域海上風電建設進程的加速、風電裝機容量逐步增大，對風電功率預測的精度提出了更高要求，因此需引入更多的改進方法，以滿足其功率預測的精度要求。首先，應用計算機技術與遙感技術等，可進一步提高對數字天氣預報模型的分辨率與天氣預報的準確度及天氣預報的更新頻率，間接帶動風電預測模型輸入數據等性能的優化。其次，采取結合多個數字天氣預報模型的方式，能夠規避惡劣氣候條件的影響，實現對氣象信息的高效預報，從而確保預測精度。同時，可利用混沌理論與小波分析等智能方式建立預測模型，通過線性與非線性方式，進一步強化預測方式的完善，提高預測結果精確度，切實降低預測誤差。尤其是非線性方式與人工神經網絡的結合，更利于發揮各預測性能的協同作用，實現各模型的優勢互補與各模型信息的優化，進一步強化模型的可靠性與預測精度。最后通過實時測量的氣象數據，可進一步減少風電功率短期預測的誤差。

3.3 并網技術和最大風能捕獲技術的研究

在研究風電新能源的過程中，應對并網技術和最大風能捕獲技術進行深入的研究，在研究中發現風電場受風力和風機控制系統的影響很大，經常出現力道不平衡的現象，其對電網的使用造成了嚴重的負面影響。因此，為了進一步提高風電系統的性能，實現系統的穩定性、可靠性和提高處理故障的能力，需要對風電場并網的發展方向進行跟蹤。同時對風能的密度進行了比較，思考如何捕捉更多的風能，這也是未來風電并網技術的重要研究方向之一。目前，獲取風能的最佳方式是調整葉片直徑和發電機組自身的功率和轉速。風電系統的集成技術和風能的最大捕獲量，是今后風電新能源發展的重要任務之一。

結語：風電新能源屬于現階段應用十分廣泛的能源之一，得到了社會各界的廣泛關注。但在風電發電過程中仍存在諸多問題，嚴重制約風電新能源的進一步發展，同時影響輸電網的安全與穩定運行。因此，需對其存在的問題進行深入分析，優化風電并網技術，促進風電新能源的發展。