李少階

（中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

0 引言

風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)占地面積較大，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ顣?huì)造成一定的影響，因此，大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)都是建立在人口分布較為稀少的地區(qū)，遠(yuǎn)離供電網(wǎng)絡(luò)中心。風(fēng)力發(fā)電缺少良好的穩(wěn)定性，極易受到外界因素的干擾和影響，為了增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性，提高風(fēng)電能源質(zhì)量，加強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用就成為可再生能源體系建設(shè)中的重要一環(huán)，進(jìn)一步推動(dòng)我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和完善。

1 風(fēng)電發(fā)展概況

自21 世紀(jì)以來，為了更好地應(yīng)對(duì)氣候變化，緩解我國所面臨的能源緊缺形勢(shì)，我國積極調(diào)整國家能源戰(zhàn)略，并明確了可再生能源發(fā)展目標(biāo)。風(fēng)力發(fā)電不僅不會(huì)產(chǎn)生污染，而且風(fēng)能是源源不斷的，這也使我國逐漸重視風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并大力開展風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，深入研究風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)。

1986 年山東榮成風(fēng)電場(chǎng)的成功并網(wǎng)代表著我國風(fēng)電開發(fā)建設(shè)的開始，至今我國風(fēng)力發(fā)展技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用研究已經(jīng)過了30 多年，實(shí)現(xiàn)了從無到有、由弱變強(qiáng)質(zhì)的飛躍。在技術(shù)研究之初主要由相關(guān)高等院校及科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論、原理樣機(jī)方面的研究，之后出現(xiàn)了一批風(fēng)力發(fā)電技術(shù)企業(yè)如新疆金風(fēng)科技股份有限公司，企業(yè)在國家政策的引導(dǎo)、扶持下，通過技術(shù)引進(jìn)與創(chuàng)新加快了我國風(fēng)力發(fā)電的速度，完善了風(fēng)力發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，技術(shù)創(chuàng)新方面取得了新的突破。

2006 年1 月1 日實(shí)施了《可再生能源法》，我國的風(fēng)電進(jìn)入了高速的黃金發(fā)展時(shí)期，2009 年頒布了《新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》《風(fēng)電“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，推進(jìn)了河北、蒙西、甘肅、新疆等9 個(gè)大型風(fēng)電基地建設(shè)，風(fēng)機(jī)的裝電量突破了2000 萬kW。2012 年我國成為全球風(fēng)電市場(chǎng)的領(lǐng)頭羊，2015 年我國風(fēng)電行業(yè)達(dá)到了“億千瓦”，根據(jù)相關(guān)的行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，在過去2006—2017 年的11年間，我國的風(fēng)電裝機(jī)容量發(fā)展迅速，年平均增長(zhǎng)率達(dá)到了46%。2018 年風(fēng)電發(fā)電3660 億kWh，2019 年中國風(fēng)電發(fā)電大幅增長(zhǎng)到4057 億kWh，同比增長(zhǎng)10.85%；2020 年上半年全國風(fēng)電發(fā)電量為2379 億kWh，同比增長(zhǎng)10.91%。

風(fēng)力發(fā)電具有較強(qiáng)的波動(dòng)性和間歇性，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)極易影響到電力系統(tǒng)安全，并且還會(huì)引發(fā)調(diào)頻、調(diào)峰等各種技術(shù)難題。為了消除風(fēng)力發(fā)電所帶來的不利影響，就需要對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制進(jìn)行深入的研究。

2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)作為電能輸出的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證了風(fēng)力能源到電力能源的平穩(wěn)轉(zhuǎn)化，并且為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行以及能源的產(chǎn)生和輸出提供了有效的穩(wěn)定支持，使風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的輸出電壓與并網(wǎng)點(diǎn)電壓同步，可以提升風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)絡(luò)整體供電的穩(wěn)定性。具體而言，當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)分為同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)以及異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)。

2.1 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)可以為風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)施后的電能穩(wěn)定供應(yīng)提供有效保證。同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由風(fēng)輪、同步發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng)組成，在同步發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中，可以為輸出功率的有效性提供良好保障，在發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行過程中，還可以為其提供必要的無功功率，同時(shí)顯著提升周波的穩(wěn)定性，促進(jìn)電能的穩(wěn)定傳輸。當(dāng)前發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)在電力發(fā)電中得到了有效應(yīng)用，通常情況下該技術(shù)存在比較明顯的風(fēng)速波動(dòng)，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子存在較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，從而使發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)調(diào)速受到一定影響，其調(diào)速準(zhǔn)確性很難得到有效保證。因此就需要深入分析兩種發(fā)電機(jī)結(jié)合后的相關(guān)隱患，將變頻器合理安裝在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)組之間，進(jìn)而使電力系統(tǒng)的振蕩得到有效避免，進(jìn)一步提高并網(wǎng)的整體質(zhì)量。

2.2 異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

相比同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)是利用轉(zhuǎn)差率和電力運(yùn)行的復(fù)合進(jìn)行目標(biāo)的調(diào)整，相對(duì)粗獷的運(yùn)轉(zhuǎn)模式對(duì)于調(diào)速精度方面的要求較低。因此這種并網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)和體系的簡(jiǎn)化，盡可能降低設(shè)備安裝的煩瑣度和整體發(fā)電成本。同時(shí)，該并網(wǎng)技術(shù)也會(huì)導(dǎo)致從極電流過大，降低整體電網(wǎng)的電壓水平，威脅到電網(wǎng)運(yùn)行的安全。故此，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行無功補(bǔ)償，盡可能降低抽選磁路飽和以及電流增大等問題的發(fā)生概率。只要注重對(duì)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的控制以及各單一參數(shù)的控制，就可以避免重大失誤的發(fā)生。

3 風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量控制策略

隨著我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整以及各行業(yè)對(duì)于電力需求的增大，深入推廣和應(yīng)用綠色能源就成為我國可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一，積極開發(fā)利用風(fēng)力能源，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電能源的高質(zhì)量和高效性，鑒于風(fēng)力發(fā)電功能的不穩(wěn)定性以及電能質(zhì)量的差異性，就需要做好相應(yīng)的機(jī)組優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，強(qiáng)化諧波抑制的作用并提高技術(shù)人員的專業(yè)水平，全面推動(dòng)我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的進(jìn)步，保證能源的高質(zhì)量和充足。

3.1 加強(qiáng)諧波抑制

在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的實(shí)際實(shí)施過程中，要想使電能的質(zhì)量控制效果得到整體增強(qiáng)，就可以對(duì)靜止無功補(bǔ)償器進(jìn)行合理應(yīng)用，有效抑制諧波危害等問題。靜止無功補(bǔ)償器主要是由多種裝置構(gòu)成，其存在非?？斓姆磻?yīng)速度，可以實(shí)時(shí)跟蹤不斷變化的無功功率，同時(shí)可以有效調(diào)節(jié)由于風(fēng)速不穩(wěn)定，而導(dǎo)致的電壓變化等問題，最終充分實(shí)現(xiàn)諧波濾除的作用，使電網(wǎng)的整體電能供應(yīng)質(zhì)量顯著提高。

3.2 完善風(fēng)電信息分析工作

在開展風(fēng)電并網(wǎng)工作時(shí)，要建立相應(yīng)的風(fēng)電信息統(tǒng)計(jì)與分析平臺(tái)，進(jìn)而提供更加高效的信息服務(wù)。在其平臺(tái)建立完成后，就可以形成全過程的信息庫，使相關(guān)政府部門可以及時(shí)獲得更加準(zhǔn)確的風(fēng)電服務(wù)信息，進(jìn)一步加大風(fēng)電接入系統(tǒng)的工程管理力度，使風(fēng)電并網(wǎng)送輸過程得到有效保證。針對(duì)一些大型的風(fēng)電基礎(chǔ)項(xiàng)目，就要做好前期準(zhǔn)備工作，強(qiáng)化地方核準(zhǔn)風(fēng)電項(xiàng)目的計(jì)劃管理工作，逐漸制定科學(xué)的并網(wǎng)檢測(cè)規(guī)定，將并網(wǎng)檢測(cè)制度充分落實(shí)。針對(duì)風(fēng)電運(yùn)行，還要強(qiáng)化管理過程，對(duì)風(fēng)電調(diào)度實(shí)現(xiàn)科學(xué)的計(jì)劃管理，進(jìn)一步提高并網(wǎng)管理質(zhì)量。

3.3 優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)

針對(duì)風(fēng)電發(fā)電業(yè)務(wù)，不僅要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備自身問題的關(guān)注，還要有效連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各個(gè)環(huán)節(jié)，合理控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的可靠性，在對(duì)風(fēng)電機(jī)組的選擇過程中，要盡可能選擇具備大兆瓦和小體積等特點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組，使風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)輸更加便利，提高吊裝的安全性，合理控制風(fēng)電場(chǎng)的整體投資。可以通過對(duì)葉輪捕風(fēng)能力和風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率提高等方式，進(jìn)一步提升設(shè)備整體的可靠性，明顯提高風(fēng)電機(jī)組的整體工作效率。

3.4 強(qiáng)化電網(wǎng)故障診斷

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)較為脆弱，對(duì)于外界環(huán)境因素的影響缺少一定的抵抗性，極易發(fā)生各種損壞和故障，尤其是風(fēng)機(jī)葉片經(jīng)常發(fā)生各種故障。為此，需要強(qiáng)化電網(wǎng)的故障診斷工作，做好相應(yīng)的監(jiān)管和維護(hù)工作，安排充足的巡檢工作人員對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的故障進(jìn)行截至分類、判斷和處理記錄等，為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行提供充足的技術(shù)支持。在企業(yè)開展技術(shù)培訓(xùn)活動(dòng)時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力葉片結(jié)構(gòu)的講解，重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)機(jī)故障診斷和維修等環(huán)節(jié)，還要要求相關(guān)工作人員注重風(fēng)機(jī)的日常運(yùn)行維護(hù)工作，對(duì)風(fēng)機(jī)的葉片故障原因進(jìn)行深入分析，選擇科學(xué)合理的故障診斷技術(shù)，及時(shí)采取有效的措施，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片故障進(jìn)行有效解決。

3.5 加強(qiáng)技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)

電網(wǎng)技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐操作能力也是影響電能質(zhì)量控制效果的重要因素，為了加強(qiáng)電力企業(yè)對(duì)電能質(zhì)量的控制，需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)相關(guān)工作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，定期組織開展各種專業(yè)理論知識(shí)培訓(xùn)活動(dòng)，進(jìn)而提高技術(shù)人員的專業(yè)水平。同時(shí)還需要強(qiáng)化工作人員的實(shí)踐應(yīng)用能力，就各種發(fā)電設(shè)備的障礙以及缺陷進(jìn)行識(shí)別和修復(fù)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)工作人員的技術(shù)業(yè)務(wù)能力，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，為我國清潔能源生產(chǎn)做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

4 風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)在未來發(fā)展中，需要積極調(diào)整電力系統(tǒng)的管理模式以及運(yùn)行技術(shù)手段，以此提高風(fēng)電系統(tǒng)的資源配置能力及運(yùn)行技術(shù)水平，從而確保風(fēng)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)新能源的大規(guī)模集中接入、大范圍消納與遠(yuǎn)距離輸送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的高效利用，確保電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。除此之外，風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)還將向著實(shí)用化、在線化以及可視化的方向進(jìn)行發(fā)展，同時(shí)系統(tǒng)還將具備在線應(yīng)用功能，使預(yù)警、控制、系統(tǒng)分析等功能進(jìn)行一體化結(jié)合，進(jìn)而使風(fēng)力發(fā)電能夠得到全周期性的監(jiān)測(cè)，并對(duì)風(fēng)力發(fā)電狀態(tài)做出全過程化的客觀評(píng)估，從而使我國風(fēng)電電力技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮出更大的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)束語

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的必然趨勢(shì)，也是可持續(xù)發(fā)展的重要舉措，為了保證風(fēng)力發(fā)電能源的質(zhì)量以及電力運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性，就需要做好相應(yīng)的發(fā)電機(jī)組和設(shè)備的優(yōu)化管理，注重諧波抑制和電網(wǎng)信息分析，提高技術(shù)人員的專業(yè)水平，加強(qiáng)電網(wǎng)故障診斷，全面提高風(fēng)力發(fā)電能源的質(zhì)量。