青海省風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

李春來(lái)，鐘永泰，張海寧，薛俊茹，宋銳

(青海電力科學(xué)試驗(yàn)研究院，青海西寧 810008)

1 概述

青海省年平均風(fēng)速總的地域分布趨勢(shì)是西北部大，東南部小、即柴達(dá)木盆地中、西部，青南高原西部及祁連山地中、西段年平均風(fēng)速均在4m/s以上。其中，茫崖達(dá)為5.1m/s，是全省年平均風(fēng)速最大的地方;其次是五道梁和沱沱河兩地，其年平均風(fēng)速為4.5m/s。青南高原東南部的河谷地帶及東部河、湟谷地，年平均風(fēng)速大多在2m/s以下。其中，同仁和互助兩地為 1.5m/s，玉樹為 1.1m/s，是全省年平均風(fēng)速最小的地方［1］。

青海省風(fēng)能資源大都地處戈壁荒漠區(qū)域，運(yùn)行保障成本較低，資源優(yōu)勢(shì)獨(dú)特，開發(fā)潛力巨大，而且依據(jù)風(fēng)能的空間分布特點(diǎn)，非常適合建立大型風(fēng)電站。對(duì)部分風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址進(jìn)行加密觀測(cè)后，通過綜合方案比選，青海省在風(fēng)能資源豐富、聯(lián)網(wǎng)及運(yùn)輸施工等綜合條件良好的海西州、海南州、海北州等地區(qū)規(guī)劃了29個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，規(guī)劃裝機(jī)容量987萬(wàn)kW，計(jì)劃2030年全部建成。根據(jù)《青海省風(fēng)電場(chǎng)選址報(bào)告》，綜合條件較好的海晏尕海風(fēng)電場(chǎng)、青海湖風(fēng)電場(chǎng)等10個(gè)風(fēng)電場(chǎng)被納入2020年前的開發(fā)規(guī)劃，格爾木風(fēng)電場(chǎng)、黃瓜梁風(fēng)電場(chǎng)等19個(gè)風(fēng)電場(chǎng)納入了遠(yuǎn)景開發(fā)規(guī)劃。

現(xiàn)階段，國(guó)家出臺(tái)的風(fēng)電場(chǎng)統(tǒng)一標(biāo)桿電價(jià)，青海省風(fēng)電場(chǎng)電價(jià)定位0.61元/kW·h，青海省電價(jià)價(jià)格居全國(guó)首位，發(fā)展風(fēng)電場(chǎng)潛力巨大。2011年底，青海省計(jì)劃并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)共計(jì)9座，裝機(jī)容量達(dá)到445.5MW。面對(duì)如此快的發(fā)展速度，如此大的裝機(jī)規(guī)模，在青海省內(nèi)清潔能源建設(shè)上十分罕見。在高速發(fā)展過程中，一些新的問題逐漸顯露出來(lái)，有的已經(jīng)開始影響風(fēng)電的順利發(fā)展。

2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 風(fēng)電機(jī)組/風(fēng)電場(chǎng)建模及仿真技術(shù)

國(guó)外的PowerFactory(德國(guó) DIgSILENT公司)、PSS/E(美國(guó)PTI/Siemens公司)、PSLF(美國(guó)GE公司)生產(chǎn)的軟件進(jìn)行仿真建模分析。國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)仿真程序PSASP和中國(guó)版BPA也都正在開發(fā)和完善風(fēng)電機(jī)組模型，目前尚不成熟。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，有功功率和無(wú)功功率特性有明顯改善;我國(guó)對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組提出了一系列技術(shù)要求，如低電壓穿越能力、有功功率和無(wú)功電壓控制等，這些在目前的仿真程序中均沒有得到體現(xiàn)。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)穩(wěn)定性與控制技術(shù)

研究表明，風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)后原有同步發(fā)電機(jī)組之間的暫態(tài)功角穩(wěn)定性與接入前相比，其變化情況取決于電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電網(wǎng)運(yùn)行方式及所采取的風(fēng)電機(jī)組技術(shù)。風(fēng)電接入既有可能改善電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性也有可能使其惡化，需結(jié)合電網(wǎng)具體情況進(jìn)行分析。由于風(fēng)電機(jī)組不具備低電壓穿越能力導(dǎo)致的大范圍風(fēng)電切機(jī)情況，在東北吉林電網(wǎng)及西北電網(wǎng)的甘肅玉門風(fēng)電場(chǎng)、甘肅安西中廣核大梁子風(fēng)電場(chǎng)、寧夏賀蘭山風(fēng)電場(chǎng)都發(fā)生過。

2.3 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)主要采用的模型有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、支持向量機(jī)模型等，根據(jù)歷史功率數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)單日模型估計(jì)，每個(gè)小時(shí)建立一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或者SVM模型預(yù)測(cè)光伏電站的輸出功率。但其沒有全面考慮有效的氣象因素對(duì)風(fēng)電場(chǎng)出力的影響，按小時(shí)建立預(yù)測(cè)模型不能有效的提高功率預(yù)測(cè)的分辨率。另外影響預(yù)測(cè)精度的因素很多，如風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、云層、天氣因素以及其他一些隨機(jī)因素都會(huì)對(duì)光伏陣列的輸出特性產(chǎn)生影響。

2.4 風(fēng)電場(chǎng)測(cè)試技術(shù)

國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布了風(fēng)電機(jī)組特性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)規(guī)范測(cè)試方法。中國(guó)電科院新能源研究所風(fēng)能實(shí)驗(yàn)室在國(guó)際項(xiàng)目的支持下具備了一定的測(cè)試技術(shù)，具備了功率特性測(cè)試、電能質(zhì)量測(cè)試、噪聲測(cè)試、載荷測(cè)試、并網(wǎng)符合性測(cè)試等測(cè)試項(xiàng)目。

2.5 風(fēng)電場(chǎng)控制技術(shù)

風(fēng)電場(chǎng)控制技術(shù)主要包括:風(fēng)電場(chǎng)電壓無(wú)功動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)策略;風(fēng)電機(jī)組/風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越實(shí)現(xiàn)手段;恒速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力實(shí)現(xiàn)－SV＇變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力實(shí)現(xiàn)－轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電壓控制與槳距控制;風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功調(diào)節(jié)與系統(tǒng)無(wú)功調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)策略類型。

2.6 電網(wǎng)接納風(fēng)電能力分析技術(shù)

研究分析需考慮下列影響因素:電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)中不同類型電源的比重及其調(diào)節(jié)特性、負(fù)荷水平及變化特性、風(fēng)資源分布、可預(yù)測(cè)性及可控性。研究?jī)?nèi)容包括電網(wǎng)調(diào)峰能力、輸電能力及無(wú)功調(diào)節(jié)能力、暫態(tài)穩(wěn)定、電能質(zhì)量、風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)的相互影響(包括風(fēng)電接入電網(wǎng)可靠性研究)。

3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)前景展望

風(fēng)電機(jī)組發(fā)展趨勢(shì)為大容量、變速、無(wú)齒輪、直驅(qū)，運(yùn)行和控制性能不斷改善，風(fēng)電機(jī)組及風(fēng)電場(chǎng)仿真模型需要跟蹤風(fēng)力發(fā)電的最新技術(shù)發(fā)展。風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的影響更加突出，需要進(jìn)一步深入地對(duì)大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)一系列關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

風(fēng)電機(jī)組/風(fēng)電場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的開發(fā)與驗(yàn)證;風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性技術(shù)研究;風(fēng)電場(chǎng)輸出功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)及示范應(yīng)用;風(fēng)電場(chǎng)控制技術(shù)的研究;風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)可靠性分析;風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)穩(wěn)定性技術(shù)研究及風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)開發(fā);風(fēng)電調(diào)度管理系統(tǒng)研究開發(fā);風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越測(cè)試系統(tǒng)研制;風(fēng)電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性影響;風(fēng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)驗(yàn)證和測(cè)試;各網(wǎng)、省公司風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目的實(shí)施;國(guó)內(nèi)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)降尺度模式建立;風(fēng)電調(diào)度支持系統(tǒng)研究;風(fēng)電并網(wǎng)測(cè)試方法的驗(yàn)證，提出測(cè)試標(biāo)準(zhǔn);風(fēng)電機(jī)組/風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越測(cè)試的技術(shù)方案及驗(yàn)證;制定我國(guó)的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)規(guī)范;風(fēng)電接入電網(wǎng)可靠性研究。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，青海省越來(lái)越多的風(fēng)電場(chǎng)正在接入電網(wǎng)，但大量的風(fēng)電接入電網(wǎng)會(huì)使電網(wǎng)面臨一系列的挑戰(zhàn)。青海省風(fēng)資源豐富的地區(qū)均位于青海西部地區(qū)，當(dāng)?shù)氐碾娫瓷佟⒇?fù)荷低，風(fēng)電并網(wǎng)處的電網(wǎng)相對(duì)較弱。當(dāng)高比例的風(fēng)電接入到弱電網(wǎng)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和有擾動(dòng)時(shí)，會(huì)影響系統(tǒng)和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。為了將此風(fēng)險(xiǎn)最小化，在風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目開始大規(guī)模并網(wǎng)之前開展并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究及相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備工作，對(duì)于保證青海省風(fēng)電場(chǎng)能夠安全可靠地并網(wǎng)電網(wǎng)是十分重要的。

［1］周立麗，朱慧敏.青海省風(fēng)資源狀況分析及風(fēng)電開發(fā)面臨的主要問題探討［J］.科技信息，2009，(34):449，451.

［2］李文婷.青海省建設(shè)大型風(fēng)電場(chǎng)的可行性分析［J］.青海科技，2004，(2):27 －28.

［3］龍澤強(qiáng).風(fēng)力發(fā)電:21世界的綠色能源［J］.世界科技研究與發(fā)展，2001，(4):32 －34.

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［5］郭大蕾，王飛躍，易建強(qiáng)，等.風(fēng)電資源開發(fā)利用進(jìn)展［J］.太陽(yáng)能，2005，(5):7－12.