大型风电场并网运行的若干技术问题研究

唐玉莲

（山西省工业设备安装集团有限公司，山西 太原 030032）

1 风电场EPC 项目管理特点

目前，我国已经积累了很多风电EPC 项目经验，在项目管理过程中，通过将风电EPC 项目与其他行业EPC 项目进行对比发现，风电EPC 项目本身具有很多明显的特点，具体如下：

第一，相比其他项目建设周期来说，风电EPC 较短，同时这类项目各项工作具有较大的工作量，因此也需要相关单位承受较高的风险。在项目开工后，往往需要相关部门承担高强度的建设工作，并且需要保证各个部门、单位之间保持密切的合作。

第二，在投资方面，风电EPC 项目也表现出了合同金额较大的特征。在具体的项目中，征地费用、设备费用、工程费用是合同金额的主要组成部分，其中占比最高的为设备费用。目前对于项目整体的推进工作来说，一般会根据项目特征选用总承包模式，进而为各项工作的协调创造良好条件。

第三，相比传统模式，EPC 合同委托内容发生了明显的变化。在风电市场不断发展的今天，风电EPC 项目的产业链也得到了显著的延伸与扩展，伴随这种变化趋势，其合同委托内容也发生了明显的变化。在早期风电场项目中，合同结构主要为项目设计、采购和施工总承包的模式，随着EPC模式的应用，项目合同委托内容结构逐渐变换为包含征地、报建之道项目运营等多环节的结构，并且还包含业主工作职责等内容。

2 大型风电场并网技术存在问题研究

2.1 大型风电场引起输电系统功率谐振的机理、监测方法和抑制的问题

由于容量有限，当小规模风电场接入配电网之后，电场与发电机之间的距离较大，因此基本不会发生功率谐振。但是对于那些直接联入输电网络之中的大型风电场，共振型低频振荡的风险极其容易发生，主要原因有如下4 点。第一，由于自然风速的不稳定与随机性，使得导入每一组风力机的风能都成为一种激励源。第二，和普通型的常规发电机组的整体结构动力学性质比较，风电机组的柔性更高，这就使得机械振动成为一种无法避免的存在，从而造成风电机组有一部分旋转部分的机械振动与输出功率振荡之间存在直接性的因果联系。第三，与传统发电机的平均转矩相比，风电机组的转矩振荡要超出其20% 左右。对于大型风力发电场，风电机组的转矩振荡会引发几十万千瓦级别的功率波动，这对于输电系统的安全造成严重威胁。第四，当风电场功率所形成的波动频率和电力系统低频振荡固有频率逐渐一致时，造成共振的风险概率就会进一步提升。例如，三叶片风电机组，当其功率输出波动频率大小处于1 ～3 Hz，就与低频振荡频率极为接近，从而导致大型风电场存在较高的共振型低频振荡风险。

2.2 大型风电场抗扰能力的在线评价及预警问题

目前，我国风电机组及风电场入网与监测两个标准完善程度不高，大部分风电机组的电能质量、功率曲线、低电压穿越能力、有功调节性能及无功调节性能等并没有采取较为系统性的科学监测。通过分析一系列风电事故可以得知，与常规电场抗扰能力相比，风电场的抗扰能力相对较低，这就使得风电场的持续性发电受到影响。更严重的是，由于相对较差的抗扰能力，会导致未来一些大型风电场存在极为频繁的脱网问题，从而使得输电系统的安全性大打折扣。此外，和常规电站不同之处在于，风电场汇集大量机组，并且目前大部分大型风电场离线稳定计算的等效数学模型的可靠程度相对较低，随着机组运行时间不断增加，就会进一步造成机组动态存在一种常态化的变动趋势。对于大规模风电机组，即使在并网之前展开了较为严格的测试，不过并网之后，也要针对大型风电场抗扰能力展开实时性、常态性的及时评价，以基本上保障在线安全分析的基础性需求。故而从风电场的安全视角上分析，一定要针对并网运行之后的风电场抗扰能力展开在线评价，对于难以满足正常需求范围内的，要及时给予警报，以便于大型风电场的电网运行人员做好较为科学、安全的应急准备。

2.3 风电机组与常规同步机组的交互作用与协调控制问题

目前，针对并网风力发电稳定性的大量学术型研究中，大部分主要针对大型风电场运行环节的大电网整体稳定性予以常态性研究。主要原因在于大电网稳定一旦遭到破坏，势必会造成整个大型风电场的任何接入元件运作存在一定的故障。故而大电网接入大型风电场系统之后，其稳定性到底会发生什么样的演变，是趋向于变好，还是趋向于变差，都难以得到一种较为系统性、固定性的结论。在平常研究中，不论是趋向于变好，还是趋向于变差都曾经有专家给予系统性的研究，而且研究过程、结果都相对较为公正。不过也存在一定的问题，主要为当电网大规模接受异步电机所导出的功率时，该怎么样才可以做到“趋利避害”，从而使得电网接入之后，整个大型风电机组的系统整体稳定性可以获得很大程度的提升。

3 结语

总而言之，制定完善的风电场设备检修方案，能够很大程度的提升输变电设备的稳定性。作为世界首创，我国的大型风电场大规模并网属于一项极为宏伟的世纪工程。为了保障大规模并网工程进展顺利，针对目前大规模电场并网运行技术要不断改进创新。