分散式風力發電并網關鍵技術研究綜述

李急智

【摘 要】隨著經濟增速放緩，社會用電量減少，風電消納問題日益突出，目前我國的集中風電發展受到很大限制。相較于集中式風電，分散式風電有諸多優點。在化石能源和水資源較為貧瘩的地區，可利用分散式風電補償負荷突然增長，免去擴容輸配電設備所產生的費用；在負荷集中的周邊地區修建分散式風電場，可減小用電壓力，推遲電網的擴建，增加政策制定的彈性并緩解資金壓力。本文主要探討了分散式風力發電并網關鍵技術。

【關鍵詞】分散式；風力發電；并網；關鍵技術

分散式風電布局靈活，可以布置在需要提高電能質量的網絡末端，同時達到提高電能質量的目的。另外，分散式風電還可參與調峰調頻等輔助服務，拓展風電的利用場景。

1分散式風力發電技術

1.1分散式風力發電的定義

分散式接入風電項目是指位于用電負荷中心附近，不以大規模遠距離輸送電力為目的，所產生的電力就近接入電網，并在當地消納的風電項目。分散式接入風電項目應具備以下幾個條件：

1.1.1應充分利用電網現有的變電站和線路，原則上不新建高壓送出線路和110kV、66kV變電站，并盡可能不新建其他電壓等級的輸變電設施；

1.1.2接入當地電力系統110kV或66kV降壓變壓器及以下電壓等級的配電變壓器；

1.1.3在一個電網接入點接入的風電裝機容量上限以不影響電網安全運行為前提合理確定，統籌考慮各電壓等級的接入總容量，并鼓勵多點接入；

1.1.4除示范項目外，單個項目總裝機容量不超過50MW。

1.2分散式風力發電的優點

分散式風力發電最明顯的優點就是不用像大規模風電場一樣新建高電壓、遠距離輸電線路，由于其容量小，本地消納的壓力要小得多，還有如下幾方面的優點。

1.2.1對電力用戶：①提高了電力供應的可靠性；②在電力用戶附近，恰當的地點安裝合適的風電機組，更加充分地利用了風能資源，不用新建長距離輸電線路，進而大幅度減小了線路的損耗，提高了能量轉換的效率；③依靠先進的電力電子設備進行有效地控制，滿足了電力用戶對電能質量的要求；④為我國輸電線路、配電設施延伸不到的偏遠地區，提供電力供應；⑤為電力用戶使用電力提供多種選擇的途徑。

1.2.2對風電開發商：①因為分散式風力發電選址靈活、體積小、投資小、建設周期短，風電開發商能夠對投資形式進行有效評估，從而可以減小投資的風險；②以相對低的資金成本進入競爭的電力市場；③由于分散式風力發電屬于可再生能源，可以享受可再生能源的一些優惠政策；④建在電力用戶附近，一定程度地節約了輸電線路和設備的資金花費；⑤緊密配合負荷增長，擴建周期短，避免了無謂的資金花費。

1.2.3對電網公司：①風電機組就地安裝，靠近電力用戶，節省了遠距離傳輸的輸電線路和配電系統的投資；②在沒有輸配電網絡的偏遠地區，電網公司架設輸電線路和配電設施的成本極高，所以分散式風力發電為電網公司緩解了壓力；③分散式風力發電亦可以作為今后應對電網大面積停電的一種重要措施。通過設置和調節應用于分散式風力發電的風機可以具有容易自啟動、恢復速度快等特點，當電力系統發生大面積停電事故后，這些發電機可作為電網“黑啟動”的電源，減少停電造成的損失，因此，分散式風電是大電網的有益補充。

1.2.4對社會大眾的好處：①緩解了日益緊張的化石能源的壓力，削減了溫室氣體的排放，既滿足了人們持續增長的電力需求，又響應了環境保護的號召；②需要專業人才，可以一定程度地緩解就業壓力；③亦可以是分布式發電或微網的一部分，在發展過程中可以與其他能源發電項目有效結合，進一步提高供電的可靠性；④對電能供應的可靠性和電能質量有更高要求，所以促進了我國風機產業的發展和技術升級，進一步提高了整個國家的勞動生產率。

2分散式風電機組接入對配網特性的影響

分散式風電的滲透率不斷增長會對配電網的特性產生很大影響。如正常運行時風速的隨機波動性引起輸出功率的變化給電網帶來波動與閃變、風速低于切出風速時風機從額定運行狀態退出、短路電流水平增大引起的電壓暫降特征的改變等。雖然分散式風電并網產生了一些負面影響，但同時也有積極的一面。當電網中關聯負載較大時，它能及時提供電能，緩解傳輸線路上的輸電壓力，從而降低電網出現故障的可能性。風電機組還能提供一定的無功支撐，增強母線節點穩定電壓的能力。

3分散式風電運行與控制技術

3.1風功率預測技術

為了更高效地利用風能，需要對風功率進行預測，以便調度人員制定發電計劃和實時調峰調頻。

從經濟調度出發，研究大規模風電并網電力系統，建立了風電短期出力預測模型。在做出風功率預測的同時，也分析了預測誤差的大小。通過預測誤差原因，對預測結果加以修正，使之更加接近真實值。但這種改進預測準確度的方法仍有待完善。

同樣為了減少預測誤差帶來的影響，從置信度的角度考慮，為不同級別的調度決策預測了不同可靠度水平的風電功率。在電網進行調度決策時，可根據決策的重要程度和時限因素挑選基荷出力、次級出力以及高頻出力三級別的預測結果進行分析。

從時效性角度做了更全面的考量。在制定日前和日內調度計劃時，同時考慮風電預測功率和預測的“誤差帶”。且這個調度計劃還將根據實時取得的最新信息加以調整，以便更好地幫助調度員做出相應決定。

3.2監視與集中控制技術

通過集中安排不同地區風電機組有功出力，協調控制無功出力來提高電力網絡的穩定性和電能質量。為了能夠做到遠程監控和遠程通信，需要解決通信系統的問題，使之能夠實時可靠地傳遞信息。另外，還需要設立一個計算能力強大的數據分析平臺，能夠分析匯聚在此的海量風電機組運行信息。

從配電網尚未建立電力通信網絡，自動化信息采集困難，投資建設專用通信網絡性價比非常低的現狀出發，考慮到分散式風電對配網的影響，指出應建立集中監控平臺和運行管理系統，負責多個分散式風電場運行管理，因地制宜采取多種形式建立連接分散式風電場和監控中心的可靠通道。

可以參考風電場集控系統。該集控系統下又分為各子集控系統，包括風機數據采集與監控系統、變電站數據采集與監控系統、視頻監控系統、風功率預測系統、風電機組自動增益控制系統、風電機組自動電壓調節系統等。這套系統能夠配合調度人員遠程完成風電場的各項運行需求。

3.3無功協調控制技術

運用無功電壓協調控制技術可緩解配網電壓波動，防止因此產生的風電機組脫網事故。

無功協調控制策略分為無功預測層、無功整定層和無功分配層。預測層負責預測風電機組的無功輸出能力，整定層根據電網設備運行狀況設定無功出力目標，分配層將無功出力目標根據風機的實際運行狀況分配給每臺風機，補償系統無功。對提出的策略進行了驗證，證實能夠增加電壓支撐，降低風電場的損耗。

3.4分散式風電規劃

分散式風電的規劃難度大，在選址和定容時不能只根據當前范圍內的負荷需求，還需綜合考慮系統結構穩定性、未來負荷增長性、二次設備更新投入成本等。基于資源和電網適應性評估的風電分散式開發的優化規劃技術，考慮風能資源的同時，以降低系統網損，提高電能質量為優化目標，提升電網運行的可靠性。

4結論

綜上所述，分散式風電系統具有規模小、見效快且能源利用率高的優勢。目前我國的分散式風電發展水平還不成熟，需要借鑒全球發展經驗、集中攻關并網關鍵技術并積極推廣實踐。

參考文獻：

[1]王彩霞，李瓊慧促進我國分散式風電發展的政策研究[J].風能，2013（9）：46一52

[2]孫立成，趙志強，王新剛，等分散式風電接入對地區電網運行影響的研究[J].四川電力技術，2013（2）：73一76

（作者單位：華能國際電力股份有限公司河北清潔能源分公司）