摘要:随着节能环保理念的不断深入，对电网建设也提出更高的要求。现代电网建设中更侧重于不断开发与利用可再生能源，以风能为例，成为当前电网建设中的主要能源之一，但新能源利用下所带来的输电网安全运行问题也日渐突出，成为风能源利用中需考虑的主要问题。本文主要对风电新能源发展对电网带来的影响、风电并网性能改进措施以及风电并网技术发展趋势进行探析。
关键词：新能源；发展趋势；并网技术
引言
现如今，资源短缺已成为世界性难题，风能的出现给世界带来了新的希望，这由于其能大量产生，又有很高的可利用率。我国的风能资源十分丰富，可开发利用的风能储量也十分巨大。风能这种清洁的无公害能源取之不尽，用之不竭，对于我国沿海的部分岛屿、草原牧区、山区和高原严重缺水、交通不便利的地区，能因地制宜地开发利用风力发电已成为我国可持续发展战略的重要组成部分。
1 风电新能源特点
1.1 风电场的位置偏远
因为我国的风资源分布地与负荷中心存在较远的距离，网架结构非常薄弱，进而使得电网的输电能力在某种程度上对风电外送起到限制作用，在对风电进行大规模开发的情况下，还需建设配套风电送出工程，同时还应对电网建设予以加强。
1.2 风能能量的储存非常小
因为风能的蓄电成本相较于发电的成本更高，使得整个电网欠缺蓄电能力，一般而言会经由输出电量调节收纳电量。
1.3 风能能量密度小
在发电容量相等的情况下，所需风力发电机风轮的尺寸比水轮机要大几十倍。
1.4 风能稳定性差
由于风能是过程性的能源，风向和风速会时常发生改变，风力发电机很难对其进行控制和调节，所以风电机组形成的电能也是随机变化和波动的。
1.5 风轮机的效率低下
按照理论而言，风轮机的最大效率大概在百分之六十左右，但事实上其实际效率更低。统计表明，垂直轴风轮机其最大效率处于百分之三十到四十之间，而水平轴风轮机的最大效率则位于百分之二十到五十之间。
1.6 电网无法调度
由于风能不可控，因此不能根据负荷的大小来对风力发电进行调度，从而给电网调度造成压力。再加上，绝大多数的风电机组都是无人看守的。
2 风电新能源存在的问题
风电新能源本身表现为风能稳定性不高、风能储存量少、能量密度小、风轮机效率低以及电网不可调度性等特点。以风轮机的运行为例，其以59.3%为风轮最大效率，但事实上，实际运行中的风轮机很难达到这一效率标准。有相关研究发现，对于垂直风轮机，其主要介于30%-40%的最大效率，而水平轴风轮机以20%-50%作为最大效率。由此可见，风电新能源利用中存在一定的问题。风电新能源能缓解我国资源短缺的现实状况，但风电这种新能源在它的使用和利用上也存在着一些问题。
2.1 风力发电厂的位置偏远
我国的风力资源较为丰富的地区都比较偏远，对于资源短缺地区的距离较远，风电的外送被电网的输电能力所限制，中国风能资源的大规模开发,需要加强电网的建设。
2.2 风能不稳定、不可控
风能的能量密度低，具有不确定性和随机性，因此对风能的利用在调节和控制方面不易掌控，对风能的开发利用有一定的阻碍。
2.3 风轮机的效率不高
一般情况下，风轮机能创造的最大效率通常在60%上下，但实际可利用率更低。从数据上看，水平轴风轮机的最大效率在20%-25%，垂直轴风轮机的最大效率略高于水平轴风轮机，最大效率在30%-40%。
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2.4 风能的能量密度不大
在同等容量的条件下，水轮发电机要比风力发电机的风轮尺寸小好几十倍。
2.5 风能的蓄电能力差
由于发电的成本比储存的成本低，因此电网的蓄电能力就相对较低，通常用输出电量来对收集的电量进行调节。
2.6 电网调度不易
风能存在不可控的特点，风力发电的调度不能根据它能承受的极限来决定，使电网的调度存在很大的压力。而绝大部分风电机组是没有人对其进行监控的。
3 风电并网性能的改进措施
3.1 科学预测发电功率
风电接入下，较多如电网适应性差、调峰等问题日益明显，国内较多地区频繁发生风电场被限制出力情况。在此背景下，如何做好风电随机性的控制以及可调度电源的转换，成为风力发电需考虑的主要问题。现行关于发电功率的预测，常见的方法主要以NWP模型构建为，其可预测短时间内的发电功率，具体预测中，要求以NWP系统预测结果为依据，对天气数据如气温、气压、风向以及风速等进行判断，在此基础上结合风机周边情况，使机组轮毂高度相关信息被预测，最后配合相应的功率曲线，可使输出功率结果被推测出来。采用这种方式，对于以往不同天气条件下预测偏差问题，都能够有效解决，预测精度较高。
3.2 无功功率补偿
由于风力发电接入后，并网运行中将有电压稳定问题存在，此时对于该问题的控制应注意从无功功率补偿着手，一般风力发电中选用异步发电机，更易使电压稳定受到影响。因此，在解决电网稳定性问题中，可采取相应的措施，包括：第一，风电机组低电压的切除。当风电机组运行中出现低电压故障后，会自动停止运行，以此避免电网不稳定问题发生，需注意低电压切除中，应做好电网调控能力的分析。第二，将相应的补偿装置引入其中。如装置SVC，其对于系统暂态性的改善具有明显效果，有利于风电场安全容量的整体提升。一般装置选择中需综合考虑装置调节特性、风电场容量以及电网结构等。第三，将直流接入电网引入其中。国内较多地区在海上风电场建设中，便考虑以HDVC并网方案为主，可满足无功功率补偿要求。
3.3 风电并网技术发展趋势
现代风电并网技术发展下，变化的趋势主要表现在发电机组与发电容量预测两方面。如发电机组方面，较多MW级大型风电机组将投入使用，即使风电设备以大型化为主，也不会增加风力发电成本。同时，较多微型、小型等分散式机组将投入使用，这些机组的应用对于分散区域难以供电等问题可起到明显的改善作用。另外，在预测风力发电容量方面，需做好功率的准确预测，具体预测的方法包括：
（1）注重NWP模型的运用使其在预报气象信息方面发挥重要作用，避免不同天气条件下功率预测出现偏差。（2）注重计算机技术、遥感技术的运用，这些技术能够对NWP模型分辨率进行改善，天气预测准确度由此得以提升。（3）功率预测中融入更多智能方法如模糊神经网络、小波分析等，利用其对预测模型进行改善，可减少功率预测中的误差。第四，在预测短时间内功率过程中，要求所选用的气象数据应具有实时性特征，以此使预测精度得以提高。
6 结束语
本文对风电新能源发展与并网技术进行了深入的讨论，对风电的特点、在使用开发中存在的问题、影响进行了分析，针对存在的问题提出了解决措施，并且对风电的发展方向进行了展望。风电新能源的并网技术的研究可以有利于提高大型风电运行的稳定性、安全性，针对技术上出现的挑战提出解决方案，推动风电产业的可持续发展，从而推动我国的可持续发展战略，对国家调节能源结构变化需求及促进我国的社会发展都有着重大意义。
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论文作者:刘宇卿
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：风电论文; 风能论文; 风轮论文; 电网论文; 新能源论文; 效率论文; 机组论文; 《电力设备》2017年第30期论文;