青海省风力发电并网关键技术现状及趋势

李春来，钟永泰，张海宁，薛俊茹，宋锐

(青海电力科学试验研究院，青海西宁 810008)

1 概述

青海省年平均风速总的地域分布趋势是西北部大，东南部小、即柴达木盆地中、西部，青南高原西部及祁连山地中、西段年平均风速均在4m/s以上。其中，茫崖达为5.1m/s，是全省年平均风速最大的地方;其次是五道梁和沱沱河两地，其年平均风速为4.5m/s。青南高原东南部的河谷地带及东部河、湟谷地，年平均风速大多在2m/s以下。其中，同仁和互助两地为 1.5m/s，玉树为 1.1m/s，是全省年平均风速最小的地方［1］。

青海省风能资源大都地处戈壁荒漠区域，运行保障成本较低，资源优势独特，开发潜力巨大，而且依据风能的空间分布特点，非常适合建立大型风电站。对部分风电场场址进行加密观测后，通过综合方案比选，青海省在风能资源丰富、联网及运输施工等综合条件良好的海西州、海南州、海北州等地区规划了29个风电场，规划装机容量987万kW，计划2030年全部建成。根据《青海省风电场选址报告》，综合条件较好的海晏尕海风电场、青海湖风电场等10个风电场被纳入2020年前的开发规划，格尔木风电场、黄瓜梁风电场等19个风电场纳入了远景开发规划。

现阶段，国家出台的风电场统一标杆电价，青海省风电场电价定位0.61元/kW·h，青海省电价价格居全国首位，发展风电场潜力巨大。2011年底，青海省计划并网风电场共计9座，装机容量达到445.5MW。面对如此快的发展速度，如此大的装机规模，在青海省内清洁能源建设上十分罕见。在高速发展过程中，一些新的问题逐渐显露出来，有的已经开始影响风电的顺利发展。

2 风力发电并网关键技术

2.1 风电机组/风电场建模及仿真技术

国外的PowerFactory(德国 DIgSILENT公司)、PSS/E(美国PTI/Siemens公司)、PSLF(美国GE公司)生产的软件进行仿真建模分析。国内电力系统仿真程序PSASP和中国版BPA也都正在开发和完善风电机组模型，目前尚不成熟。风力发电技术发展迅速，有功功率和无功功率特性有明显改善;我国对并网运行风电机组提出了一系列技术要求，如低电压穿越能力、有功功率和无功电压控制等，这些在目前的仿真程序中均没有得到体现。

2.2 风电场接入电网稳定性与控制技术

研究表明，风电场接入电力系统后原有同步发电机组之间的暂态功角稳定性与接入前相比，其变化情况取决于电网拓扑结构、电网运行方式及所采取的风电机组技术。风电接入既有可能改善电网的暂态稳定性也有可能使其恶化，需结合电网具体情况进行分析。由于风电机组不具备低电压穿越能力导致的大范围风电切机情况，在东北吉林电网及西北电网的甘肃玉门风电场、甘肃安西中广核大梁子风电场、宁夏贺兰山风电场都发生过。

2.3 风电功率预测技术

目前，国内风电功率预测技术主要采用的模型有神经网络模型、支持向量机模型等，根据历史功率数据和简单日模型估计，每个小时建立一套神经网络模型或者SVM模型预测光伏电站的输出功率。但其没有全面考虑有效的气象因素对风电场出力的影响，按小时建立预测模型不能有效的提高功率预测的分辨率。另外影响预测精度的因素很多，如风速、风向、温度、湿度、气压、太阳辐射强度、云层、天气因素以及其他一些随机因素都会对光伏阵列的输出特性产生影响。

2.4 风电场测试技术

国际电工委员会(IEC)颁布了风电机组特性测试标准，用来规范测试方法。中国电科院新能源研究所风能实验室在国际项目的支持下具备了一定的测试技术，具备了功率特性测试、电能质量测试、噪声测试、载荷测试、并网符合性测试等测试项目。

2.5 风电场控制技术

风电场控制技术主要包括:风电场电压无功动态调节策略;风电机组/风电场的低电压穿越实现手段;恒速风电机组低电压穿越能力实现－SV＇变速风电机组低电压穿越能力实现－转子侧变流器电压控制与桨距控制;风电场无功调节与系统无功调节的协调策略类型。

2.6 电网接纳风电能力分析技术

研究分析需考虑下列影响因素:电网规模、电网中不同类型电源的比重及其调节特性、负荷水平及变化特性、风资源分布、可预测性及可控性。研究内容包括电网调峰能力、输电能力及无功调节能力、暂态稳定、电能质量、风电场与电网的相互影响(包括风电接入电网可靠性研究)。

3 风力发电技术前景展望

风电机组发展趋势为大容量、变速、无齿轮、直驱，运行和控制性能不断改善，风电机组及风电场仿真模型需要跟踪风力发电的最新技术发展。风电装机容量快速增长，大规模风电并网运行对电力系统的影响更加突出，需要进一步深入地对大规模风电接入电网一系列关键技术进行研究。

风电机组/风电场数学模型的开发与验证;风电场接入电力系统的稳定性技术研究;风电场输出功率预测系统的开发及示范应用;风电场控制技术的研究;风电场接入电网可靠性分析;风电场并网稳定性技术研究及风功率预测系统开发;风电调度管理系统研究开发;风电机组低电压穿越测试系统研制;风电机组对系统暂态稳定性和动态稳定性影响;风能实时监测系统验证和测试;各网、省公司风电功率预测系统项目的实施;国内数值天气预报降尺度模式建立;风电调度支持系统研究;风电并网测试方法的验证，提出测试标准;风电机组/风电场低电压穿越测试的技术方案及验证;制定我国的风电机组低电压穿越技术规范;风电接入电网可靠性研究。

4 结语

目前，青海省越来越多的风电场正在接入电网，但大量的风电接入电网会使电网面临一系列的挑战。青海省风资源丰富的地区均位于青海西部地区，当地的电源少、负荷低，风电并网处的电网相对较弱。当高比例的风电接入到弱电网，系统稳态运行和有扰动时，会影响系统和风电场运行的安全稳定性。为了将此风险最小化，在风电场项目开始大规模并网之前开展并网关键技术研究及相应的技术储备工作，对于保证青海省风电场能够安全可靠地并网电网是十分重要的。

［1］周立丽，朱慧敏.青海省风资源状况分析及风电开发面临的主要问题探讨［J］.科技信息，2009，(34):449，451.

［2］李文婷.青海省建设大型风电场的可行性分析［J］.青海科技，2004，(2):27 －28.

［3］龙泽强.风力发电:21世界的绿色能源［J］.世界科技研究与发展，2001，(4):32 －34.

［4］庞 博.大容量风电机组并网运行造成的影响及对策［J］.科技情报开发与经济，2011，(14):166 －167.

［5］郭大蕾，王飞跃，易建强，等.风电资源开发利用进展［J］.太阳能，2005，(5):7－12.