現階段風電新能源與并網技術運行的探討

閆炯炯

（國家電投集團安徽電力有限公司，安徽 合肥 230041）

0 引 言

風能作為可再生的清潔能源，在使用過程中基本不會產生較大的污染問題，在各個國家已經得到了廣泛應用。與其他國家相比，我國風力能源具有較大的運用優勢。隨著大眾對能源需求的不斷增加，新能源電力系統的單機容量和并網規模不斷提升，對并網技術的運行要求提出了更高標準。基于該背景，文章研究現階段風電新能源與并網技術的應用。

1 風電新能源的基本特點及發展現狀

1.1 基本特點概述

風電新能源主要是運用相應的設備將風能轉化為電能，并將其應用于社會生產和日常生活，能夠減少對不可再生能源的消耗。風電新能源的運用具有諸多優勢，但也存在一些缺點。首先，穩定性差。風電新能源作為過程性能源，受外界影響因素較大，具有一定的隨機性，且難以受人控制，在短時間內容易發生巨大變化，導致供應電量不穩定。其次，儲存困難。我國雖然風力能源較為豐富，但是總體儲存量較小，主要原因是風電新能源儲存成本高。再次，工作效率低。在實際運行過程中，風輪機的工作效率難以達到理想目標，影響了風電能源的持續發展。最后，位置偏僻。風電場的建設區域一般距離中心區的距離較遠，且電網結構較為脆弱，需要強大的風電輸送工程作為支持。當需要進行大規模能源開發時，工程量較大，且機械設備的效率難以達到理想目標，給風電新能源的發展造成了一定阻礙[1,2]。

1.2 發展現狀

與發達國家相比，我國對風電新能源技術的研究起步較晚，在國家政策和財政的支持下，才得以持續發展。我國對新能源技術研究的不斷深入，改善了傳統大量依賴進口的發展形式，加大了自主創新力度，充分運用智能化技術增強了該項技術在市場上的核心競爭力。2016 年，我國海上新增裝機150 多臺。2018 年，我國不同地區風電新增裝機容量以及占比如表1 所示。

表1 2018 年我國不同地區風電新增裝機容量以及占比

2 風電并網技術探討分析

2.1 風電并網仿真技術

風電并網仿真技術主要是通過建立模型模擬風力發電系統運行過程中的各項情況，從而使技術人員發現并及時處理系統運行中出現的各種問題。目前，我國市場上存在較多的風電機組，而不同機組之間的特性存在一定差異，因此建立具有較強適應性的模型存在較大難度。同時，風電并網技術在實際運用過程中可能會出現大規模失控和不確定性問題，導致目前的仿真技術難以適應多樣化需求。現階段，我國不同類型的風電機組已經建立了約160 種模型，以實際測量參數為依據，促使風電并網技術廣泛發展，并逐漸占據世界領先地位。

2.2 風電功率預測技術

風電功率預測技術是風電并網中的關鍵技術，通過在一定時間內預測風電功率并建立相應的數字模型，幫助技術人員更好地掌握風電波動規律，從而有效控制風電的不確定性對系統的影響，增強系統的穩定性和可靠性。預測技術主要分為超短期、短期和中長期功率預測3 種類型。超短期預測主要指預測時間在5 h 以內，短期預測時間則指3 d。通過預測風電功率，促使技術人員調節風電系統的功率，將輸送功率始終保持在穩定狀態，從而提高發電廠的經濟效益。目前，我國的風力發電廠已經能夠熟練運用各項預測技術，經過長時間的開發利用，已經逐漸形成完善有效的預測體系，改善了傳統工作中存在的各種問題，提高了預測結果的準確性。華東的風電功率預測數據分析結果如表2 所示。

表2 華東的風電功率預測數據分析結果

2.3 實驗檢測技術分析

為有效提高風電并網的性能，需要進行專業試驗。根據試驗結果，在不斷提高試驗檢測的基礎上，提高風電機組的整體水平，保證系統的穩定性和安全性。目前，我國風電場的并網檢測主要包括風電場和風電機并網檢測2 部分。風電機試驗主要檢測電能質量、低電壓穿透能力、有功調節能力以及無功調節能力等多方面性能參數。風電場并網檢測主要檢測風電場內風電機組的性能及其并網性能參數。我國風電場內各類機組的數量種類較多，對于試驗檢測的需求相對較高，需要建立完善的檢測平臺，提高操作人員的專業性，從而有效降低工作實施的難度，保證檢測結果的準確性[3]。

2.4 電力調度技術分析

對風電并網技術的優化調整是提高風電并網穩定性的有效方式。優化電力調度的過程中，需要結合功率預測結果，提前預留電網系統正常運行的空間，從而確保風電并網的效率。目前，我國主要采用時序遞進的風電調度方法，具有較強的科學性。該調度方式能夠有效應對實際運行過程中的不確定性，合理調度風電資源。同時，需要深入分析風電優化調度系統，降低系統中存在的不確定性，保證系統運行的安全性和穩定性。

3 我國風電新能源并網運行存在的問題

3.1 電能質量問題

風電對于電網質量的影響主要是閃變和諧波污染。通常情況下，在風力發電的過程中會產生強烈的沖擊，因此并網時主要選擇軟并網技術。如果實際風速超出切出風速，那么風電機可能會出現超出額定狀態的現象。該種情況下，出于自我保護的目的，發電機組會自動停止工作。如果場地內所有機器都處于同步運行狀態，會嚴重影響配電網的整體運行效率，導致系統出現故障。同時，風電機組在正常運行過程中會產生諧波污染問題。諧波的周期和頻率都較小，并且諧波的產生與風電機組存在直接關系。如果工作人員能夠正確安裝機組，那么能顯著降低諧波的污染概率。

3.2 電網調度問題

風能具有一定的隨機性，難以準確預測風電系統的運行情況，導致無法提前制定電網調度計劃。風電調峰過程中，由于負載調節能力有限，會影響風電場的實際運行情況。若電網難以有效調節電場的功率波動，應及時限制電網功率，避免影響整個電力系統的正常運行。

4 完善風電并網技術的有效措施

4.1 加強完善風電并網性能

風電項目工程的實施效果會直接影響風電并網的性能。相關工作人員需要嚴格按照相關規定進行工作，深入施工現場，全方位監督和管理工程項目的實施情況。一旦發現內部存在問題，就及時制定有效的解決措施，并向上級部門匯報，明確產生問題的原因，采取針對性措施，從而有效提升風電工程的工作質量和實施效果。有效管理項目工程是風電場前期工作的重要準備階段。工作質量對風電并網的性能具有重要影響，因此需要加強對項目工程管理的質量管控，有效增強風電并網的整體運行性能，保證技術實行的穩定性和安全性。

4.2 緩解風電電網運行壓力

風電電網運行過程中產生的功率損耗可以分為有功損耗和無功損耗2 種類型。需要全方位研究功率損耗，有效解決風電電力線路中存在的問題。采取相應措施降低功率損耗，能夠有效減少系統的用電負荷，提高設備的使用壽命。對于有功損耗，通過合理安排導線路徑，最大限度地降低導線中電阻的壓力，從而降低風電系統的有功損耗。對于無功功率，主要根據風電場的實際情況選擇合適的變壓器，采取針對性的措施補償無功功率，從而降低系統的無功損耗。目前，我國的風電場通常運用整合電網資源和并聯電容器等多種補償方式，有效緩解風電并網運行的工作壓力，有效提高系統整體的安全性和穩定性。我國風電場通常建設在較為偏遠的區域，風力資源較為充足，對于風力發電的適用性較高，但輸電線路較長，有時會造成嚴重的電能損耗問題，影響系統的正常運行。因此，需要在機組的變壓器中設置開關，有效調節系統電壓，防止電壓出現較大波動或損耗嚴重的情況。風電場相關管理人員應加強對風電新能源并網技術的研究，以提高系統運行的穩定性[4]。

4.3 建立多能互補的方式

風電新能源具有較多優勢，但也存在一定不足。例如，風力發電的不穩定和間歇性特征會影響電網的安全運行。為改善風電新能源存在的問題，在工作條件相對成熟的地區，采用風能、火能、電能等多種能源互補的工作方式，充分運用各項技術的優勢條件，有效提升發電廠的綜合效益，促使電網運行的安全性和穩定性得到進一步發展。

5 風電并網技術未來發展趨勢

5.1 新技術與風電新能源并網技術融合

目前，風能資源可采用集中開發模式，促進風電新能源技術與風電并網技術協調發展。為滿足電力系統的多元化發展，國家能源局與電網公司應針對實際情況發布相應的通知，在促進電力系統集中開發的基礎上，實現電力的分散發展。現階段，陸地風電新能源的發展速度較快，海上風電新能源技術也得到了高速發展。充足和穩定的風力資源能夠有效保證機組的穩定運行，充分滿足電力供應的實際需求。雖然風電單機的成本逐漸降低，但是整個系統的運行成本不斷增加，導致新能源系統的運行成本增加。隨著各項技術的發展進步，新技術與風電新能源并網技術的有效融合，能夠有效緩解運行成本過高而造成的發展問題。此外，可以運用多種備用電源，增強電力系統的靈活性和容量，促使電力系統全面發展。

5.2 深度探索并網技術和風能捕獲技術

風電場的運行和風機控制系統易受外界因素影響，一定程度上影響電網的安全穩定運行。為有效提高風電系統的穩定性和處理故障的能力，相關工作人員需要加強對并網技術的分析研究。由于風能的密度相對較小，如何獲取更大的風能是未來技術研究的主要方向。目前，優化風能捕獲的最佳方式是調節葉片的直徑和發電機組的轉速。

5.3 研發大容量的風電并網運行系統

目前，我國在大容量風電系統領域的研發力度還有待加強。隨著風電能源的有效運用，風電機組單機容量不斷增加，進一步增加了系統的研發和設計難度。相關部門應注重對大容量、高性能、強穩定性的發電機組的研究，研發出能夠滿足當前及未來應用需求的控制系統[5]。

6 結 論

風電新能源是廣受關注的清潔能源。隨著我國風電裝機容量的不斷提升，風電行業得到了發展，但是風電能源存在一些問題。為解決風電新能源系統運行中存在的不利因素，提高并網性能，相關部門應明確未來的發展趨勢，緩解電網運行的壓力，采用多能互補的手段，減少系統運行中存在的問題，保證電壓質量，從而為社會的發展進步奠定基礎。