| 标题 | 探究能源互联网背景下的风力发电关键技术 |
| 范文 | 何聚彬 杨成东 摘 要：传统能源是不可再生的，过度的开发还会给环境造成严重污染。新能源属于可再生资源，而且具有环保、节能优势，已经逐渐取代了传统能源。在科技腾飞的21世纪，利用新能源发电已经是大势所趋，以风力发电、太阳能发电为代表的新能源发电技术已经得到了广泛推广。未来电网的发展方向，必然是智能管理、能源互联网、统筹安排等。本文基于能源互联网背景，阐述了风力发电的关键技术。 关键词：能源互联网;风力发电;新能源;电网调压 1、能源互联网介绍 能源互联网最大的特点是通过可再生资源进行发电，但这种发电方式存在间歇性，因此要通过大数据的准确分析对电站的发电情况、负荷波动情况做出预测，以维持电网的供需平衡。合理利用分布式可再生资源，最重要的建立实时、互动的能源管理平台，完善能源互联网建设。传统电网主要以销定产的方式進行配电，通过调节电网侧来维持电网运行，但利用可再生资源发电，会受到当地环境、气候特点的影响，发电是无序的，所以要对发电侧进行实时调控。 ①电网侧：电网通过功率预测系统来实现对发电厂站输出功率的调节，从而高效利用可再生能源。可再生能源电厂的电网接入，可以采用“拔插式”的方式，但考虑到季节、气候、地理环境等客观因素的影响，一些发电站并不能进行实时发电，而是需要在发电站有功率输出的情况下接入电网，如果没有攻略输出，就要从电网接入端把电站“拔掉”。 ②发电侧：根据电网的调压要求对输出负荷进行动态调控，如果电站、电网的状态是“拔开”，则可以存储发电量，或者进行电能转换，以达到相互关联多元能源的目的，最大程度的利用可再生能源。 2、风力发电的技术发展 2.1风力发电机组控制技术 这也是提高风能利用率、维持风力发电机组安全运转的重要的技术保障。在我国东北、华北和西北地带分布了大量的风能资源，比如阿拉山口、达坂城等地区。但这些风能资源丰富的区域环境却极为恶劣，特别是沿海地区，要想充分利用风能资源，风力发电机组的控制系统必须可靠。随着科技的飞速发展以及互联网技术、信息技术的广泛应用，风电机组的控制技术也有了很大改良，比如结合计算机技术来促进并网运行风力发电技术的发展。并网风力发电技术的原理是：通过叶轮的转动把风能转化为机械能，然后带动发电机把机械能转化为电能。 2.2风力发电机组的机型和容量 传统风力发电机主要有以下几种：绕线式异步发电机、笼统型异步发电机、同步发电机和有刷双馈异步发电机，以上发电机都有效率低、风能利用率不高的缺点，而且运行过程中容易受到外部环境的影响，稳定性和可靠性较差。以开关磁阻发电机为代表的新型发电机，其优势是能量密度高、结构简单、过载能力强，在不超过30KW的小型风力发电系统中的应用非常广泛。除此之外还有磁悬浮风力发电机，显著提高了对风能的利用率以及发电效率，对于促进风能经济的稳步发展具有重要意义，为社会的经济发展也做出了巨大贡献。 3、风电场对电力系统平衡性产生的影响 3.1风电场影响电网电压的稳定性 风电场中应用最多的发电机组有两种：异步感应发电机组和双馈感应发电机组，这两种机组的运行都会影响电网电压。 异步感应发电机组对电网电压稳定性的影响体现在两方面：①感应发电机需要吸收无功来实现运行，和普通发电机有本质的区别，在接入电网的情况下，电网首先要提供一部分的无功功率，在切出电网的情况下，电网也会产生一部分的无功功率。②在风电机组的有功功率增长的情况下，机组吸收的无功功率也会增长，势必会增加线路上的无功损耗。在此情况下，发电机组端会通过并联电容来补偿，如果并联补偿的无功功率加上线路充电功率的综合比机电组吸收的无功功率、线路消耗的无功功率更大，那么电压就能保持良好的稳定性。反之，机端的电压水平下降，电压的稳定性也会下降。 双馈感应电机机组可以对有功功率、 无功功率进行解耦控制，保证在有功功率增加的情况下仍然不会对无功功率造成很大影响。而无功功率的大小主要取决于如何控制风电机组，不会和电网产生无功交换，所以双馈感应电机机组的稳定性要优于异步感应发电机组。 3.2风电场影响电网频率的稳定性 在电网中接入风机组，一定会和电网运行的频率保持一致。生产电能的过程中，用于配送、消耗的时间极为短暂，因此在一个时间点内生产的电能要和消耗的电能相同，否则就会改变电网频率。风电场对电网频率稳定性的影响，表现在多个方面，比如故障点与风电场的距离、风电机组的配置频率、系统的开机方式、风电机组的低压穿越能力、系统的一次调频作用、电网故障的严重程度等。在风电机组采取了频率保护措施的情况下，一旦风电机组的出力发生改变，那么系统的频率变化也会在机组可以承受的范围内。在风电机组没有采取频率保护措施的情况下，机组的突然出力就会造成频率的巨大改变，最终影响频率的稳定性。 对于没有低压穿越能力的发电机组，一旦机组端的电压太低，风电机组就会被切除，如果切除的规模太大，电网频率就会严重下降。电网抵押保护装置会把其余的负荷切除，势必会影响正常供电。为了避免这一问题，现阶段的大部分风电机组都具有低压穿越功能。 4、风电功率的预测 4.1风电功率预测的意义 在电力系统中，功率预测是十分重要的环节。通过有功功率的日负荷曲线可以制定年发电方案，检修方案则可以参考有功功率的年负荷曲线来制定。这也是缓解电力系统调峰，提高电力系统调压能力、调频能力、调整风电接纳能力的重要方式。 4.2风电功率预测的基本要求 不同国家的电网调度部门所提出的功率预测要求也有所区别，就我国而言，风电功率的预测有两个要求：一是短期预测，每天预测两次，从00：00开始，预测接下来72小时内的功率，时间分辨率为15min，这一要求主要是针对系统发电计划来设计的。二是超短期预测，在0～4小时之前预测，主要是针对电网的实时调度设计的。 4.3风电功率的预测方式 4.3.1统计方法 不需要考虑风电机组运行的物理过程，只分析以往风电机组的运行记录和历史数据，从中获得天气状况和风电场之间的关联，参考未来一段时间的天气信息来预测功率。 4.3.2物理方法 根据天气预报的相关数据，比如风速、气压、风向、风场周围的障碍物、等高线、粗糙程度等，通过物理公式来计算风机轮毂周围的风速、气温、风向和气压，然后通过已经获得的功率曲线来预测功率。 无论是统计方法还是物理方法都各有优势与不足，但对风电机组功率的预测结果均相对准确。 5、风力发电的发展趋势 5.1海上风场技术 与内陆相比，海上风力资源更加丰富，而且主导风向稳定，周边环境不会对风电技术产生较大影响。但与此同时，仍有一些技术难题需要解决，比如海上风电场运输技术、风电系统保护与维护技术、海上风电场协调控制技术等。如果成功解决了以上问题，那么风力发电的稳定性将会得到质的提升。 5.2大容量风电系统 随着社会各行业领域对电能需求的增加，兆瓦级的大容量机组已经成为必然的发展趋势，大容量风电系统可以显著提高对发电设备的利用率，减少风能资源的浪费，显著提高风电产业的经济效益。但目前而言，这种大容量机组的研发仍然存在很多问题，比如增加容量后，对发电机的材料、设备、控制技术也会有更高要求。 结束语 能源互联网是时代发展的产物，如何让风力发电更好的适应能源互联网，相关内容的研究目前还处于起步阶段。值得肯定的是，在解决全球气候变暖问题、提高国家能源安全性、促进低碳产业发展等领域，风力发电具有独特优势，而且技术已经非常成熟，具有非常乐观、广阔的发展前景。 参考文献： [1]曲朝阳，张艺竞，王永文， 等.基于Spark框架的能源互联网电力能源大数据清洗模型[J].电测与仪表，2018，55（2）：39-44. [2]袁飞.全球能源互联网中风力发电面临的问题及对策[J].电气传动自动化，2018，40（4）：51-53. |
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