大型風電場并網運行的若干技術問題研究

唐玉蓮

（山西省工業設備安裝集團有限公司，山西 太原 030032）

1 風電場EPC 項目管理特點

目前，我國已經積累了很多風電EPC 項目經驗，在項目管理過程中，通過將風電EPC 項目與其他行業EPC 項目進行對比發現，風電EPC 項目本身具有很多明顯的特點，具體如下：

第一，相比其他項目建設周期來說，風電EPC 較短，同時這類項目各項工作具有較大的工作量，因此也需要相關單位承受較高的風險。在項目開工后，往往需要相關部門承擔高強度的建設工作，并且需要保證各個部門、單位之間保持密切的合作。

第二，在投資方面，風電EPC 項目也表現出了合同金額較大的特征。在具體的項目中，征地費用、設備費用、工程費用是合同金額的主要組成部分，其中占比最高的為設備費用。目前對于項目整體的推進工作來說，一般會根據項目特征選用總承包模式，進而為各項工作的協調創造良好條件。

第三，相比傳統模式，EPC 合同委托內容發生了明顯的變化。在風電市場不斷發展的今天，風電EPC 項目的產業鏈也得到了顯著的延伸與擴展，伴隨這種變化趨勢，其合同委托內容也發生了明顯的變化。在早期風電場項目中，合同結構主要為項目設計、采購和施工總承包的模式，隨著EPC模式的應用，項目合同委托內容結構逐漸變換為包含征地、報建之道項目運營等多環節的結構，并且還包含業主工作職責等內容。

2 大型風電場并網技術存在問題研究

2.1 大型風電場引起輸電系統功率諧振的機理、監測方法和抑制的問題

由于容量有限，當小規模風電場接入配電網之后，電場與發電機之間的距離較大，因此基本不會發生功率諧振。但是對于那些直接聯入輸電網絡之中的大型風電場，共振型低頻振蕩的風險極其容易發生，主要原因有如下4 點。第一，由于自然風速的不穩定與隨機性，使得導入每一組風力機的風能都成為一種激勵源。第二，和普通型的常規發電機組的整體結構動力學性質比較，風電機組的柔性更高，這就使得機械振動成為一種無法避免的存在，從而造成風電機組有一部分旋轉部分的機械振動與輸出功率振蕩之間存在直接性的因果聯系。第三，與傳統發電機的平均轉矩相比，風電機組的轉矩振蕩要超出其20% 左右。對于大型風力發電場，風電機組的轉矩振蕩會引發幾十萬千瓦級別的功率波動，這對于輸電系統的安全造成嚴重威脅。第四，當風電場功率所形成的波動頻率和電力系統低頻振蕩固有頻率逐漸一致時，造成共振的風險概率就會進一步提升。例如，三葉片風電機組，當其功率輸出波動頻率大小處于1 ～3 Hz，就與低頻振蕩頻率極為接近，從而導致大型風電場存在較高的共振型低頻振蕩風險。

2.2 大型風電場抗擾能力的在線評價及預警問題

目前，我國風電機組及風電場入網與監測兩個標準完善程度不高，大部分風電機組的電能質量、功率曲線、低電壓穿越能力、有功調節性能及無功調節性能等并沒有采取較為系統性的科學監測。通過分析一系列風電事故可以得知，與常規電場抗擾能力相比，風電場的抗擾能力相對較低，這就使得風電場的持續性發電受到影響。更嚴重的是，由于相對較差的抗擾能力，會導致未來一些大型風電場存在極為頻繁的脫網問題，從而使得輸電系統的安全性大打折扣。此外，和常規電站不同之處在于，風電場匯集大量機組，并且目前大部分大型風電場離線穩定計算的等效數學模型的可靠程度相對較低，隨著機組運行時間不斷增加，就會進一步造成機組動態存在一種常態化的變動趨勢。對于大規模風電機組，即使在并網之前展開了較為嚴格的測試，不過并網之后，也要針對大型風電場抗擾能力展開實時性、常態性的及時評價，以基本上保障在線安全分析的基礎性需求。故而從風電場的安全視角上分析，一定要針對并網運行之后的風電場抗擾能力展開在線評價，對于難以滿足正常需求范圍內的，要及時給予警報，以便于大型風電場的電網運行人員做好較為科學、安全的應急準備。

2.3 風電機組與常規同步機組的交互作用與協調控制問題

目前，針對并網風力發電穩定性的大量學術型研究中，大部分主要針對大型風電場運行環節的大電網整體穩定性予以常態性研究。主要原因在于大電網穩定一旦遭到破壞，勢必會造成整個大型風電場的任何接入元件運作存在一定的故障。故而大電網接入大型風電場系統之后，其穩定性到底會發生什么樣的演變，是趨向于變好，還是趨向于變差，都難以得到一種較為系統性、固定性的結論。在平常研究中，不論是趨向于變好，還是趨向于變差都曾經有專家給予系統性的研究，而且研究過程、結果都相對較為公正。不過也存在一定的問題，主要為當電網大規模接受異步電機所導出的功率時，該怎么樣才可以做到“趨利避害”，從而使得電網接入之后，整個大型風電機組的系統整體穩定性可以獲得很大程度的提升。

3 結語

總而言之，制定完善的風電場設備檢修方案，能夠很大程度的提升輸變電設備的穩定性。作為世界首創，我國的大型風電場大規模并網屬于一項極為宏偉的世紀工程。為了保障大規模并網工程進展順利，針對目前大規模電場并網運行技術要不斷改進創新。