分散式风力发电并网关键技术研究综述

李急智

【摘 要】随着经济增速放缓，社会用电量减少，风电消纳问题日益突出，目前我国的集中风电发展受到很大限制。相较于集中式风电，分散式风电有诸多优点。在化石能源和水资源较为贫瘩的地区，可利用分散式风电补偿负荷突然增长，免去扩容输配电设备所产生的费用；在负荷集中的周边地区修建分散式风电场，可减小用电压力，推迟电网的扩建，增加政策制定的弹性并缓解资金压力。本文主要探讨了分散式风力发电并网关键技术。

【关键词】分散式；风力发电；并网；关键技术

分散式风电布局灵活，可以布置在需要提高电能质量的网络末端，同时达到提高电能质量的目的。另外，分散式风电还可参与调峰调频等辅助服务，拓展风电的利用场景。

1分散式风力发电技术

1.1分散式风力发电的定义

分散式接入风电项目是指位于用电负荷中心附近，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力就近接入电网，并在当地消纳的风电项目。分散式接入风电项目应具备以下几个条件：

1.1.1应充分利用电网现有的变电站和线路，原则上不新建高压送出线路和110kV、66kV变电站，并尽可能不新建其他电压等级的输变电设施；

1.1.2接入当地电力系统110kV或66kV降压变压器及以下电压等级的配电变压器；

1.1.3在一个电网接入点接入的风电装机容量上限以不影响电网安全运行为前提合理确定，统筹考虑各电压等级的接入总容量，并鼓励多点接入；

1.1.4除示范项目外，单个项目总装机容量不超过50MW。

1.2分散式风力发电的优点

分散式风力发电最明显的优点就是不用像大规模风电场一样新建高电压、远距离输电线路，由于其容量小，本地消纳的压力要小得多，还有如下几方面的优点。

1.2.1对电力用户：①提高了电力供应的可靠性；②在电力用户附近，恰当的地点安装合适的风电机组，更加充分地利用了风能资源，不用新建长距离输电线路，进而大幅度減小了线路的损耗，提高了能量转换的效率；③依靠先进的电力电子设备进行有效地控制，满足了电力用户对电能质量的要求；④为我国输电线路、配电设施延伸不到的偏远地区，提供电力供应；⑤为电力用户使用电力提供多种选择的途径。

1.2.2对风电开发商：①因为分散式风力发电选址灵活、体积小、投资小、建设周期短，风电开发商能够对投资形式进行有效评估，从而可以减小投资的风险；②以相对低的资金成本进入竞争的电力市场；③由于分散式风力发电属于可再生能源，可以享受可再生能源的一些优惠政策；④建在电力用户附近，一定程度地节约了输电线路和设备的资金花费；⑤紧密配合负荷增长，扩建周期短，避免了无谓的资金花费。

1.2.3对电网公司：①风电机组就地安装，靠近电力用户，节省了远距离传输的输电线路和配电系统的投资；②在没有输配电网络的偏远地区，电网公司架设输电线路和配电设施的成本极高，所以分散式风力发电为电网公司缓解了压力；③分散式风力发电亦可以作为今后应对电网大面积停电的一种重要措施。通过设置和调节应用于分散式风力发电的风机可以具有容易自启动、恢复速度快等特点，当电力系统发生大面积停电事故后，这些发电机可作为电网“黑启动”的电源，减少停电造成的损失，因此，分散式风电是大电网的有益补充。

1.2.4对社会大众的好处：①缓解了日益紧张的化石能源的压力，削减了温室气体的排放，既满足了人们持续增长的电力需求，又响应了环境保护的号召；②需要专业人才，可以一定程度地缓解就业压力；③亦可以是分布式发电或微网的一部分，在发展过程中可以与其他能源发电项目有效结合，进一步提高供电的可靠性；④对电能供应的可靠性和电能质量有更高要求，所以促进了我国风机产业的发展和技术升级，进一步提高了整个国家的劳动生产率。

2分散式风电机组接入对配网特性的影响

分散式风电的渗透率不断增长会对配电网的特性产生很大影响。如正常运行时风速的随机波动性引起输出功率的变化给电网带来波动与闪变、风速低于切出风速时风机从额定运行状态退出、短路电流水平增大引起的电压暂降特征的改变等。虽然分散式风电并网产生了一些负面影响，但同时也有积极的一面。当电网中关联负载较大时，它能及时提供电能，缓解传输线路上的输电压力，从而降低电网出现故障的可能性。风电机组还能提供一定的无功支撑，增强母线节点稳定电压的能力。

3分散式风电运行与控制技术

3.1风功率预测技术

为了更高效地利用风能，需要对风功率进行预测，以便调度人员制定发电计划和实时调峰调频。

从经济调度出发，研究大规模风电并网电力系统，建立了风电短期出力预测模型。在做出风功率预测的同时，也分析了预测误差的大小。通过预测误差原因，对预测结果加以修正，使之更加接近真实值。但这种改进预测准确度的方法仍有待完善。

同样为了减少预测误差带来的影响，从置信度的角度考虑，为不同级别的调度决策预测了不同可靠度水平的风电功率。在电网进行调度决策时，可根据决策的重要程度和时限因素挑选基荷出力、次级出力以及高频出力三级别的预测结果进行分析。

从时效性角度做了更全面的考量。在制定日前和日内调度计划时，同时考虑风电预测功率和预测的“误差带”。且这个调度计划还将根据实时取得的最新信息加以调整，以便更好地帮助调度员做出相应决定。

3.2监视与集中控制技术

通过集中安排不同地区风电机组有功出力，协调控制无功出力来提高电力网络的稳定性和电能质量。为了能够做到远程监控和远程通信，需要解决通信系统的问题，使之能够实时可靠地传递信息。另外，还需要设立一个计算能力强大的数据分析平台，能够分析汇聚在此的海量风电机组运行信息。

从配电网尚未建立电力通信网络，自动化信息采集困难，投资建设专用通信网络性价比非常低的现状出发，考虑到分散式风电对配网的影响，指出应建立集中监控平台和运行管理系统，负责多个分散式风电场运行管理，因地制宜采取多种形式建立连接分散式风电场和监控中心的可靠通道。

可以参考风电场集控系统。该集控系统下又分为各子集控系统，包括风机数据采集与监控系统、变电站数据采集与监控系统、视频监控系统、风功率预测系统、风电机组自动增益控制系统、风电机组自动电压调节系统等。这套系统能够配合调度人员远程完成风电场的各项运行需求。

3.3无功协调控制技术

运用无功电压协调控制技术可缓解配网电压波动，防止因此产生的风电机组脱网事故。

无功协调控制策略分为无功预测层、无功整定层和无功分配层。预测层负责预测风电机组的无功输出能力，整定层根据电网设备运行状况设定无功出力目标，分配层将无功出力目标根据风机的实际运行状况分配给每台风机，补偿系统无功。对提出的策略进行了验证，证实能够增加电压支撑，降低风电场的损耗。

3.4分散式风电规划

分散式风电的规划难度大，在选址和定容时不能只根据当前范围内的负荷需求，还需综合考虑系统结构稳定性、未来负荷增长性、二次设备更新投入成本等。基于资源和电网适应性评估的风电分散式开发的优化规划技术，考虑风能资源的同时，以降低系统网损，提高电能质量为优化目标，提升电网运行的可靠性。

4结论

综上所述，分散式风电系统具有规模小、见效快且能源利用率高的优势。目前我国的分散式风电发展水平还不成熟，需要借鉴全球发展经验、集中攻关并网关键技术并积极推广实践。

参考文献：

[1]王彩霞，李琼慧促进我国分散式风电发展的政策研究[J].风能，2013（9）：46一52

[2]孙立成，赵志强，王新刚，等分散式风电接入对地区电网运行影响的研究[J].四川电力技术，2013（2）：73一76

（作者单位：华能国际电力股份有限公司河北清洁能源分公司）