張明玥，張揚洲

（山東華聚能源股份有限公司，山東 濟寧 273500）

0 引 言

隨著全球能源需求的不斷增長和環(huán)境問題的日益突出，清潔能源已成為全球能源發(fā)展的重要方向之一。在清潔能源中，風力發(fā)電因具有可再生、無污染等特點而備受關注，風電場的規(guī)模和數(shù)量也在不斷增加。然而，風力發(fā)電的不穩(wěn)定性和不可預測性給電網(wǎng)接入帶來了挑戰(zhàn)，如何有效解決這些挑戰(zhàn)成為當前急需研究的問題之一。基于此，文章針對風力發(fā)電場景下的電網(wǎng)接入技術及智能調(diào)度方案展開深入研究，旨在為提高風力發(fā)電系統(tǒng)的運行效率和電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性提供理論支持和技術指導。

1 風力發(fā)電場景下的電網(wǎng)接入技術

1.1 風電場電網(wǎng)接入的基本原理

風電場的電網(wǎng)接入原理是將風力發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能輸送至電網(wǎng)，以滿足消費者的用電需求。電能的輸送過程主要借助輸電線路、變壓器等設備，電能傳輸損耗則主要由線路電阻、變壓器損耗等決定[1]。在風力發(fā)電場景下，電網(wǎng)接入技術能夠有效減少輸送過程中的損耗，提高電能的傳輸效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

在風力發(fā)電場景下，風電場向電網(wǎng)輸送的總電量用公式表示為

式中：Pin表示風電場向電網(wǎng)輸送的總電量；Pwind表示風力發(fā)電的總發(fā)電量；Ploss表示在輸送過程中電量的損耗。

1.2 風電場電網(wǎng)接入的技術挑戰(zhàn)與解決方案

風電場電網(wǎng)接入面臨3 大挑戰(zhàn)。第一，風力發(fā)電的間歇性和不確定性，導致電網(wǎng)穩(wěn)定性受損；第二，風電場多位于偏遠或海上，輸電成本高昂，傳統(tǒng)線路難以應對；第三，風電快速發(fā)展對電網(wǎng)規(guī)劃與調(diào)度構成壓力。

為解決該問題，可采取以下策略。首先，利用天氣預報和發(fā)電預測模型，精準預測風電量，優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度計劃；其次，應用儲能技術，如電池和壓縮空氣儲能，以平衡電網(wǎng)負荷；再次，利用智能電網(wǎng)技術，如智能電表和調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)對風電場的遠程監(jiān)控與調(diào)度，進而提升電網(wǎng)響應速度和穩(wěn)定性；最后，加強風電場與電網(wǎng)之間的信息溝通與協(xié)同，優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃，以更好地適應風電發(fā)展。

2 風力發(fā)電場景下的智能調(diào)度方案

2.1 智能調(diào)度概述

智能調(diào)度是利用先進的信息技術和人工智能算法，對電力系統(tǒng)進行動態(tài)調(diào)度和管理，以實現(xiàn)電力供需平衡、提高電網(wǎng)運行效率和穩(wěn)定性的一種調(diào)度方式。智能調(diào)度主要基于大數(shù)據(jù)分析、機器學習和優(yōu)化算法等技術，通過分析和處理電力系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和未來預測數(shù)據(jù)等，自動化地生成調(diào)度策略和優(yōu)化方案，實現(xiàn)對電力資源的合理分配和利用。智能調(diào)度的關鍵在于實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)和需求情況，及時響應電網(wǎng)波動和異常問題，通過調(diào)整發(fā)電、輸電和負荷等方面的運行參數(shù)，以最大限度地滿足用戶需求和電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的要求[2]。

2.2 智能調(diào)度技術在風力發(fā)電中的應用

智能調(diào)度是利用先進的信息技術和人工智能算法對電力系統(tǒng)進行動態(tài)調(diào)度和管理的一種策略。智能調(diào)度的基本原理可用公式表示為

式中：O表示輸出結果；In表示輸入?yún)?shù)；f(·)表示智能調(diào)度的決策函數(shù)。f(·)通過分析和處理風力發(fā)電場景下的電力系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和未來預測數(shù)據(jù)，并利用大數(shù)據(jù)分析、機器學習和優(yōu)化算法等技術，自動化地生成調(diào)度策略和優(yōu)化方案，以實現(xiàn)電力供需平衡、提高電網(wǎng)運行效率和穩(wěn)定性的目標[3]。智能調(diào)度的核心原理是借助智能化的算法和技術手段，監(jiān)測和分析電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)和需求，以制定最佳的電力調(diào)度方案。

2.3 智能調(diào)度對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響

在風力發(fā)電場景下，智能調(diào)度方案對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行有著重要影響。智能調(diào)度能夠根據(jù)電網(wǎng)的實時狀態(tài)和預測情況，實現(xiàn)對電力的精確調(diào)配和分配。通過分析大量的數(shù)據(jù)并運用先進的算法，智能調(diào)度可以及時感知電網(wǎng)的負荷變化和風力發(fā)電的波動性，從而調(diào)整發(fā)電量和傳輸路線，確保電力供應的穩(wěn)定性和可靠性。智能調(diào)度還可以有效降低電網(wǎng)運行中的風險，避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)過載、短路等問題。通過實時監(jiān)測電力設備的運行狀態(tài)和電網(wǎng)負荷情況，智能調(diào)度系統(tǒng)可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并采取相應的措施進行調(diào)整和優(yōu)化，從而最大限度地降低事故和故障的發(fā)生概率。此外，智能調(diào)度能提高電網(wǎng)的適應性和靈活性，使其更好地應對外部環(huán)境的變化和挑戰(zhàn)。通過實時調(diào)整電力的分配和傳輸路徑，可以使電網(wǎng)更加靈活地適應不同的氣候條件和電力需求，確保電網(wǎng)在各種復雜情況下均能穩(wěn)定運行。

3 電網(wǎng)接入技術與智能調(diào)度方案的綜合研究

3.1 風電場接入電網(wǎng)的智能化技術方案

風電場接入電網(wǎng)的智能化技術方案是為了解決風力發(fā)電給電網(wǎng)接入帶來的挑戰(zhàn)，提高電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和效率。文章設計的智能化技術方案基于智能感知和預測、實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)以及智能協(xié)同控制等技術，通過部署高精度的風速與風向傳感器、氣象預測系統(tǒng)，實現(xiàn)對風電場風能的智能感知和預測。這些傳感器可以實時監(jiān)測風電場周圍的氣象條件，包括風速、風向、氣溫等，并結合氣象預測模型預測未來一段時間內(nèi)的風能輸出情況，為電網(wǎng)調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。同時，利用智能化的監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測和評估風電場和電網(wǎng)的運行狀態(tài)。通過實時采集、傳輸和處理數(shù)據(jù)，監(jiān)測風電場的發(fā)電量、電壓、頻率等參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)會立即發(fā)出預警，確保電網(wǎng)的安全運行。

在智能調(diào)節(jié)方面，可以采用智能的電力調(diào)度和控制技術，精確調(diào)節(jié)和控制風電場發(fā)電量。借助智能化的發(fā)電機組控制系統(tǒng)，操作人員可以根據(jù)電網(wǎng)的負荷需求和風力資源情況，靈活地完成風電機組的啟停、功率調(diào)整等操作，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性[4]。此外，可以采用智能協(xié)同控制技術，實現(xiàn)多個風電場之間的協(xié)同運行和調(diào)度。

3.2 智能調(diào)度與電網(wǎng)接入技術的協(xié)同優(yōu)化方案

智能調(diào)度與電網(wǎng)接入技術的協(xié)同優(yōu)化是在風力發(fā)電場景下確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的重要措施。協(xié)同優(yōu)化流程如圖1 所示。

圖1 智能調(diào)度與電網(wǎng)接入技術的協(xié)同優(yōu)化流程

第一步，需求分析。全面了解電網(wǎng)接入技術和智能調(diào)度技術的需求和目標。第二步，技術選型。根據(jù)需求分析，選擇適用于風力發(fā)電場景的電網(wǎng)接入技術和智能調(diào)度技術，同時綜合考慮技術的可行性、適用性、穩(wěn)定性以及成本等因素。第三步，系統(tǒng)設計。通過整合選用的技術，設計協(xié)同優(yōu)化方案，包括確定智能調(diào)度系統(tǒng)的整體架構、劃分功能模塊、確定數(shù)據(jù)接口等。同時，與電網(wǎng)接入技術進行融合設計，確保兩者能夠實現(xiàn)無縫銜接和協(xié)同工作。在系統(tǒng)設計過程中，需要充分考慮電網(wǎng)的復雜性、風電場的特點和智能調(diào)度的要求等內(nèi)容，確保設計方案能夠滿足電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的需求。第四步，實施方案。根據(jù)系統(tǒng)設計方案，制定并實施方案。這涉及具體的技術部署、設備安裝、系統(tǒng)調(diào)試等工作，確保智能調(diào)度系統(tǒng)與電網(wǎng)接入技術均能正常運行，并實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化效果。第五步，檢測調(diào)整。在實施過程中，需要進行全面監(jiān)測和調(diào)整，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。第六步，效果評估。對協(xié)同優(yōu)化方案進行效果評估，監(jiān)測并分析電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)和智能調(diào)度系統(tǒng)性能指標，評估協(xié)同優(yōu)化方案的效果和效率[5]。第七步，優(yōu)化改進。根據(jù)評估結果，及時對方案進行優(yōu)化改進，進一步提升系統(tǒng)的性能和效率，確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。

4 風力發(fā)電場景下的電網(wǎng)接入與智能調(diào)度方案效果分析

在某風力發(fā)電場景下的電網(wǎng)接入與智能調(diào)度方案中，采用智能調(diào)度技術與電網(wǎng)接入技術相結合的方案，以確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。通過分析風力發(fā)電場景下的電網(wǎng)負載、風能預測等數(shù)據(jù)，確定智能調(diào)度系統(tǒng)的需求和目標。同時，選擇適用于該場景的智能調(diào)度算法，如基于機器學習的預測模型和動態(tài)調(diào)度策略。在電網(wǎng)接入技術方面，采用電力電子裝置和智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)風力發(fā)電機組的有效接入，并保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。在智能調(diào)度方面，建立基于實時數(shù)據(jù)的風電功率預測模型，并結合電網(wǎng)負荷預測模型，實現(xiàn)對電網(wǎng)負荷和風電功率的動態(tài)調(diào)度和優(yōu)化。風力發(fā)電場景下的電網(wǎng)接入與智能調(diào)度效果如表1 所示。

表1 風力發(fā)電場景下的電網(wǎng)接入與智能調(diào)度效果

由表1 可知，各時間段內(nèi)風電場發(fā)電量和電網(wǎng)負荷均發(fā)生一定變化，在08:00—09:00，風電場發(fā)電量為150 MW，高于電網(wǎng)負荷的120 MW；實際電網(wǎng)接入功率為140 MW，略低于預測值142 MW，表明系統(tǒng)略有過剩。在09:00—10:00，發(fā)電量上升至180 MW，高于負荷的150 MW，但實際電網(wǎng)接入功率達到155 MW，略高于預測值158 MW，表明系統(tǒng)在此時實現(xiàn)較好的調(diào)度匹配。在10:00—11:00，盡管發(fā)電量上升至200 MW，但實際電網(wǎng)接入功率為168 MW，低于預測值165 MW，存在一定的調(diào)度誤差。在11:00—12:00 和12:00—13:00，雖然風電場發(fā)電量有所增加，但實際電網(wǎng)接入功率和預測電網(wǎng)接入功率基本保持一致，表明智能調(diào)度方案在這段時間內(nèi)實現(xiàn)了電網(wǎng)與風電場的匹配。由此可知，風力發(fā)電場景下的電網(wǎng)接入與智能調(diào)度方案具有較好的應用效果，能夠有效應對風力發(fā)電的波動性，提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性，為可再生能源的大規(guī)模接入提供了重要保障。

5 結 論

在風力發(fā)電場景下，電網(wǎng)接入技術及智能調(diào)度方案的研究對于提高電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和效率至關重要。通過分析風電場電網(wǎng)接入的基本原理和技術挑戰(zhàn)，深入探討智能調(diào)度在風力發(fā)電中的應用，并結合智能化技術方案與電網(wǎng)接入技術進行協(xié)同優(yōu)化。通過實例分析證實，研究方案具有有效性，能夠有效應對風力發(fā)電的波動性，顯著提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。未來的研究可以進一步探討智能調(diào)度技術與電網(wǎng)接入技術的深度融合，以實現(xiàn)更加智能化、高效化的電網(wǎng)運行管理。