淺談智能電網在風力發電并網中的應用

李理

（國網湖南省電力公司邵陽供電分公司 湖南邵陽 422000）

淺談智能電網在風力發電并網中的應用

李理

（國網湖南省電力公司邵陽供電分公司 湖南邵陽 422000）

近年來，電力行業得到了快速發展，水力、風力發電技術逐漸得到了廣泛的重視。本文主要以風力發電并網為研究對象，具體分析了智能電網在風力發電并網中的應用，僅供同行參考。

智能電網；風力發電；并網；應用

1 引言

在我國傳統的電網運行中，能源利用效率低、環保性缺乏等問題十分突出，因此新能源日益得到廣泛重視，風力發電走入人們的視野。但是，當前我國風力發電技術的應用具有一定的不穩定性，在傳統配電網電壓、電能的質量以及繼電保護方面較為薄弱。因此，要加強智能電網的應用，實現風力能源發電的精密化調控。

2 風力發電并網的主要方式和存在問題

2.1 風力發電并網的主要方式

就目前而言，電力行業的風力發電一般是以風電場為主要形式，實現大規模集中式的電網接入（具體如圖1）。由于風力發電機組的工作原理存在差異，因此并網方式也有著相應的區別。國內的風電場一般機型主要有：異步風力發電機、直驅式交流永磁同步發電機、雙饋異步風力發電機以及高壓同步發電機等等。異步風力發電機主要并網的方式為直接、降壓、準同期以及晶閘管軟并網等；同步發電機主要并網的方式為準同步、自同步并網。兩種并網方式均具備其自身的優缺點，按照實際所用的風電機組類型、并網要求等采取最佳的并網方式，從而減小風電機組并網過程中對電網造成的沖擊，以確保電網安全穩定的運行。

2.2 風力發電并網存在的主要問題

（1）有功功率的控制

電力系統需確保發電和用電的基本平衡，以實現系統頻率穩定。風電場的輸出功率波動會對系統的功率平衡、電能質量等造成一定的影響。風電場在連續運行以及起停的過程中，一定要具備有功功率的能力，不僅需控制功率的變化率，還要按照電網的需要限制風電場的輸出功率。

圖1 風力發電并網結構示意圖

（2）無功/電壓控制

電力系統通常需要借助無功設備控制，調節系統的電壓，避免電壓偏差過大，導致電壓失穩。風電場是電力系統的電源，需要參與電力系統的無功調整，做好電壓控制。

（3）頻率控制

電力系統借助一次調頻、二次調頻以維持系統功率、頻率的平衡穩定。通常，電力系統頻率小范圍的波動，會導致風電場輸出功率大面積的波動，所以大量風電機組的接入可能會對系統的頻率調整造成影響。系統頻率變化也會影響風電機組的運行，并網要求風電機組可以在一定的頻率范圍內正常的運行。一旦頻率超出范圍，則會導致運行受到限制，造成系統運行延遲。

（4）低電壓穿越

所謂低電壓穿越（LVRT）指的是一旦電網故障/擾動導致風電場并網點的電壓跌落，若處在一定范圍內，風電機組可以不間斷的運行。但是，若電網電壓突降，沒有低電壓穿越能力的風力發電機組則會對電網運行造成影響。

3 智能電網在風力發電并網中的應用

我國的風力發電系統一般集中于西北部地區，而電力需求量大的地區則集中于中東部，導致我國新能源電力需經過遠距離的傳輸方可達到復負荷區，因此要求電力行業實現新能源的優化配置。風力發電的主要優點在于其能源供應的間歇性，但是會導致發電輸出電壓、頻率等出現波動，影響整個電力系統的穩定性。為解決這一問題，則需要智能電網系統的大力支撐。

3.1 智能電網在風力發電并網中的主要系統

（1）量測設備

在智能電網中，電力系統的量測設備是其構建的基礎，主要依賴傳感器的應用及部署。電力量測系統一般用于電力采集單元，通常包括SCADA遠程終端裝置的RTU以及WAMS中的PMU。RTU能夠實現量測、通信及控制，被廣泛的應用于能量管理系統中，但是其數據采樣頻率低，獲取數據不同步。PMU具備相角測量、GPS授時功能，精度高。

（2）控制設備

電力控制設備是智能電網目標得以實現的關鍵，主要控制對象分別是各級發電單元、配電系統以及輸變電系統，主要控制設備分別是RTU、智能電子設備IED。

（3）通信網絡

通信網絡是實現智能電網運行的重要設施。智能電網運行過程中，廣域測量系統（WAMS）、保護系統（WAPS）、控制系統（WACS）等均需依賴通信網絡架構。

3.2 智能電網在風力發電并網中的調度方法

所謂能量管理系統，指的是在傳統的電力系統中應用計算機技術，系統運行核心是實現調度的自動化，應用于發電、輸電系統中，然而傳統EMS系統中的故障處理速度慢，不具備在線穩定監視、預測等功能。一般來說，其采集系統均以SCADA為基礎，實時性較差，因此存在調度不及時的問題。智能電網在風力發電并網中的應用，其基于PMU的WAMS系統能夠解決調度不及時的問題，而由于受到成本、技術的限制，短期內SCADA、WAMS系統會同時存在。目前風力發電并網中，智能電網主要是基于數學建模的數據處理方法，一般采用總體測辨法，其主要是將所有的電力負荷看成整體，借助對系統不同輸出狀態下所相應的結果進行量測，以對負荷模型的參數進行估計。

風力發電并網中，采用總體測辨法進行實時測量數據的記載，從而保證電力負荷的特點得以更加準確的表現，確保在風電并網的過程中能夠更加準確的描述并網時的負荷變化，從而能夠在風力發電過程中一旦出現事故能盡可能減少對整個電力系統的影響。需要注意的是，總體測辨法所建立的負荷模型必須基于風力發電并網端口，要想保證所獲得的現場實測數據快速準確，其前提是確保量測系統和控制系統、通訊網絡等作為其支撐平臺和基礎設施。

3.3 微網技術

風力發電等新能源發電方式廣泛的接入，采用智能電網的分布式發電系統能夠確保能源需求與環境保護之間趨于平衡，加強能源的利用率，保證能源供應的可靠性。就目前而言，可將分布式發電系統加上其相應的負荷視作獨立的子系統，也就是微網系統（具體如圖2）。微網系統中最為成熟的控制模式即為分級控制模式，其是主干電網中的一個子系統，主要由主干網耦合點位置的中央控制器進行控制，第二級控制單元則由負荷群控制器、分布式電源控制器進行組合控制。中央控制器能夠對二級控制單元的控制器進行協調，改善控制效果，此外能夠和能量管理系統、大電網中央控制系統實施信息交換。

圖2 微網技術運行原理圖

就目前而言，微網系統十分復雜，因此對于微網的檢測和數據處理有著較高的要求。需保證系統能夠支持多種通信協議，可接受在線定義、修改，可遠程監視、控制，保證歷史數據可根據需要進行儲存及調用。微網系統可視作電力系統的智能負荷單元，此外微網內部也屬于完整的電力系統，因此需要滿足分布式能源的調配。可見，對微網系統進行管理十分復雜。微網系統中可集成多種分布式的新店員，保證供電效率提升，減少能源危機，此外，若風力發電并網過程中出現故障，微網系統作為智能電網的一部分，能夠脫網獨立運行，保證電力系統的可靠性大大提升。特別是一旦電網出現嚴重故障，微網系統能夠保證對重要負荷進行獨立供電，充分體現智能電網的可靠性、抵御攻擊能力。

微網系統在風力發電并網中能夠獨立運行，而其由并網模式→獨立運行，再由獨立運行→并網模式，被業內稱作微網切換模式。微網切換的最大目標是實現無縫切換，也就是在電網發生故障時，保證微網內部重要負荷不受影響。一旦電網系統恢復運行，微網能夠自動同大電網同步并實現連接，保證整個電力系統安全穩定的運行。微網控制的目的主要在于保證微網內重要負荷穩定運行，確保用戶使用電力不受影響。風力發電并網具有分布式的特點，導致微網系統抗擾動能力差，要想要保證發電系統穩定的運行，則需要保證微網在不同模式下均受到保護。所以，需加強小電流故障的檢測技術，完善微網并網技術以及孤網保護技術以保證對微網系統的保護。

4 結語

綜上所述，作為綠色環保的電力資源，風力發電受到了廣泛的重視，因此需加強其并網運行的研究。在實際風力發電工作中，應用智能電網能夠有效的解決風力發電并網中存在的問題，改善風力發電的網絡傳輸性能、數據存儲及數據處理功能，保證電網穩定可靠的運行。

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TM614

A

1004-7344（2016）02-0038-02

2016-1-3

李理（1973-），男，助理工程師，本科，主要從事調度運行工作。