风电新能源并网技术研究

青海格尔木鲁能新能源有限公司 吉孝明

在石化能源短缺问题突出与经济快速发展的背景下，加大对可再生新能源开发利用的研究力度显得尤为重要。本文主要对风电新能源发展与并网技术进行阐述，分析风电新能源的特点，探究风电新能源给电网带来的影响，提出完善风电并网性能的对策，希望对风电场建设发展起到参照与促进作用。

随着社会经济迅猛发展，人们的生活水平不断提高，对能源的需求逐步增大，能源供应逐步呈现出了紧张的态势，环境问题越发突出，因此近年来社会关注焦点逐渐向可再生能源的开发利用领域转变。随着新能源发电技术的逐步成熟，风力资源的开发利用越发自如。但风电新能源的发展仍处于摸索阶段，有较大的发展空间，还需多措并举，逐步解决我国风电并网技术难题，以推动风力发电工程稳中求进。

1 风电新能源的开发现状

1.1 开发效率低

风能能量的密度较小，需采用较大风轮尺寸的风力发电机，以获取同等的发电容量。但实际上，风轮机对风能资源的开发效率普遍偏低，最大效率不超过60%。在实践中受多种因素影响，水平轴风轮机最大效率为20%-50%，垂直轴风轮机的最大效率为30%-40%。

1.2 电能波动较大

风能属于过程性能源，风向与风速等方面存在明显的间歇性及随机性等特征。此外，风力发电机调控处理的稳定性与实效性差，导致从风电机组发出的电能有较大的波动性。

1.3 风力风电不易调节

风能资源难以大量储存，蓄电成本相对较高，明显高于发电等环节的成本，导致电网系统的蓄电能力低，通常在输出电量的情况下才能调节收纳电量。电网存在明显的不可调度性，受风能不可控的特征影响，无法根据负荷大小去合理调节风力风电，电网调度压力和难度随之增大。受人力资源短缺等因素影响，无法满足选派专人值守各风电机组的要求。

1.4 风电场分布地区偏远

风能资源丰富的地区往往偏远，导致风电场与负荷中心的距离较远，电网的网架结构性能相对较弱，导致当地电网的输电功能无法实现风电的远距离输送。因此，还需加大对风电输送工程的研究与建设力度，加强电网建设的创新发展，以实现对风电资源的有效开发利用。

1.5 电网受风电的影响较大

风的速度是多变与不可控的，其增加了风电场处理的不确定性。同时，当前的风能发电技术水平偏低，产生的风电量相对较低，进一步增大了电网平衡调度有用功和无用功的难度。首先，从风电对电能质量的影响入手分析，传统风电单机的容量小，其通常使用并网便利与结构简单的异步发电机直接连接配电网。由于风电发电场分布在偏远地区，网络消耗大、电压相对较低，因此受冲击的接收性能相对较弱；因此，风电新能源给配电网造成的谐波污染与电压闪变的风险系数较大。其次，从风电对电网调度与规划的影响入手分析，风能相对于传统电源，具有明显的不可预测与不可控性。并网后的风电场，电网可通过调峰容量与备用容量的差值进行风电调峰，但风电的调峰量有明显的局限性，因此会直接影响风电的实际运用率。尤其是电网无法平衡风电场的功率波动时，风力发电注入电网的功率会受到阻碍。因此，在安排发电计划前，需对系统的调峰与调频问题进行合理的规划。唯有提高电网的容量，才有利于推动电网建设与电场建设的协同发展。为实现资源优化与高效利用，远距离电能输送是重要前提，可间接带动区域经济发展，同时推动电网现代化发展。

2 解决我国风电并网技术难题的有效途径

2.1 优化风力发电项目发展

随着可持续发展理念深入推进，风电工程作为可持续发展的重要举措，加大对风力发电项目的实践研究与创新发展意义重大。在风力发电项目的建设与使用中，应当及时发现其潜在的问题，多角度分析问题的原因，以推动风力发电项目健康发展。要加强对施工现场的监督管理，及时发现与记录分析设计偏差问题，综合各种影响要素及时调整施工，以减少工程变更，促使风电工程建设顺利展开。

2.2 形成独特布局结构

为提高电网的稳定性，在电网建设中主要采取闭环结构与开环运行的方式。应用环形状的电网网络，在出现故障后会向辐射状转变，技术人员发现线路故障问题后，应及时通过开关选择其它线路供电，确保电路稳定运行。该种手段同样适用于风力发电中，促使风力发电入网建设高效展开。与此同时，需根据实际情况完善规划，逐步形成科学的独特的布局结构，以实现效益最大化。

2.3 科学预测风力发电量

科学预测风力发电量是控制风电的随机性与实现风电向常规可调度电源转变的重要前提。通过对风力发电功率预测方面的深入研究，发现精准预测风电机组轮毂高度位置的气象信息，主要通过结合各数值天气预报模型的途径，实现对功率的短期精确预测。在实践中通过NWP预测气温与风速、风向等相关信息，围绕风机周围的物理信息，计算出风力发电机组毂高度的风向与风速。围绕风机的功率曲线，得出最后的输出功率，可避免恶劣气候对预测数据精确度的影响。

2.4 合理降低电网压力

电网损耗主要包括无功损耗与有功损耗两种，可通过计算功率的途径，实现对功率损耗的深入研究，并通过降耗的方式减少用电负荷，最大程度发挥实现用电设备的性能；同时，延长用电设备的使用寿命。电路的设计过程复杂繁琐，需根据有功功率的计算结果等实际情况，合理选择导线的路径，以切实达到降低电路中电阻功率损耗的目的；合理选择变压器以达到减少无功功率损耗的目的。为加强无功补偿的针对性，需在电网的建设中，加大电网资源的优化与整合力度，合理运用同步调相机与静止无功补偿器等方法，进一步优化无功补偿。根据电网特征合理选择设备，以有效降低电网运行的负荷，以加速风电新能源的现代化发展步伐，不断提高经济效益。

2.5 加强技术资金支持

由于风电场分布的地区偏远，与用电负荷中心的距离远，在远距离输电中，由于输电线路相对较长，会出现一定的电能损耗与资源浪费等问题。因输电线路引起的电能损耗问题，会不可避免地促使电压降低，无法确保电力系统在正常负载下运行。受低电压引起的感应电机温度升高的影响，用电设备的性能会降低、使用寿命会缩短。因此，在风力发电中可通过在变压器上设置开关的方式，解决电压过低与电能损耗的问题。电力行业的发展空间巨大，应当逐步加大风力发电系统的资金支持力度，以夯实电网设施建设的基础，推动电力行业规模化发展。

3 风电并网技术发展态势

3.1 风力发电机组的发展动向

开发单机容量大的风电机组，如MW级大型风电机组设备，可有效降低风力发电成本。解决偏远分散地区就地供电的问题，可使用开发分散式小型与微型风力发电系统，更利于资本节约与资源高效利用。

3.2 新技术在风力发电容量预测中的应用

随着各区域海上风电建设进程的加速、风电装机容量逐步增大，对风电功率预测的精度提出了更高要求，因此需引入更多的改进方法，以满足其功率预测的精度要求。首先，应用计算机技术与遥感技术等，可进一步提高对数字天气预报模型的分辨率与天气预报的准确度及天气预报的更新频率，间接带动风电预测模型输入数据等性能的优化。其次，采取结合多个数字天气预报模型的方式，能够规避恶劣气候条件的影响，实现对气象信息的高效预报，从而确保预测精度。同时，可利用混沌理论与小波分析等智能方式建立预测模型，通过线性与非线性方式，进一步强化预测方式的完善，提高预测结果精确度，切实降低预测误差。尤其是非线性方式与人工神经网络的结合，更利于发挥各预测性能的协同作用，实现各模型的优势互补与各模型信息的优化，进一步强化模型的可靠性与预测精度。最后通过实时测量的气象数据，可进一步减少风电功率短期预测的误差。

3.3 并网技术和最大风能捕获技术的研究

在研究风电新能源的过程中，应对并网技术和最大风能捕获技术进行深入的研究，在研究中发现风电场受风力和风机控制系统的影响很大，经常出现力道不平衡的现象，其对电网的使用造成了严重的负面影响。因此，为了进一步提高风电系统的性能，实现系统的稳定性、可靠性和提高处理故障的能力，需要对风电场并网的发展方向进行跟踪。同时对风能的密度进行了比较，思考如何捕捉更多的风能，这也是未来风电并网技术的重要研究方向之一。目前，获取风能的最佳方式是调整叶片直径和发电机组自身的功率和转速。风电系统的集成技术和风能的最大捕获量，是今后风电新能源发展的重要任务之一。

结语：风电新能源属于现阶段应用十分广泛的能源之一，得到了社会各界的广泛关注。但在风电发电过程中仍存在诸多问题，严重制约风电新能源的进一步发展，同时影响输电网的安全与稳定运行。因此，需对其存在的问题进行深入分析，优化风电并网技术，促进风电新能源的发展。