據(jù)中電聯(lián)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至10月底風(fēng)電累計并網(wǎng)容量達(dá)到1.6億千瓦。1-10月份，全國風(fēng)電基建新增發(fā)電生產(chǎn)能力1070萬千瓦；全國6000千瓦及以上風(fēng)電廠發(fā)電量2397億千瓦時，同比增長25.3%。
風(fēng)電在最近幾十年保持著了蓬勃發(fā)展的勢頭，在相當(dāng)長的未來，風(fēng)電并網(wǎng)的容量也將繼續(xù)保持這種良好的發(fā)展勢頭，風(fēng)電正在從補充性能源向替代性能源轉(zhuǎn)變。然而談及風(fēng)電的取得的成績，不得不談到棄風(fēng)限電等風(fēng)電消納問題。
在很長時間內(nèi)，風(fēng)電消納都是制約風(fēng)電發(fā)展的重要因素，這個問題并不是無解的。風(fēng)電外送就是最直接有效地解決消納的方法之一，而外送的風(fēng)電仍需面臨并網(wǎng)的問題。
今天風(fēng)哥就整理了風(fēng)電并網(wǎng)的知識以饗讀者。
01、風(fēng)電并網(wǎng)是什么？
風(fēng)力發(fā)電有兩種不同的類型：
1、獨立運行的——離網(wǎng)型：離網(wǎng)型的風(fēng)力發(fā)電規(guī)模較小，通過蓄電池等儲能裝置或者與其他能源發(fā)電技術(shù)相結(jié)合（如風(fēng)電/水電互補系統(tǒng)、風(fēng)電——柴油機組聯(lián)合供電系統(tǒng)）可以解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電問題。并網(wǎng)型的風(fēng)力發(fā)電是規(guī)模較大的風(fēng)力發(fā)電場，容量大約為幾兆瓦到幾百兆瓦，由幾十臺甚至成百上千臺風(fēng)電機組構(gòu)成。
2、接入電力系統(tǒng)運行的——并網(wǎng)型：并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電場可以得到大電網(wǎng)的補償和支撐，更加充分的開發(fā)可利用的風(fēng)力資源，是國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的主要發(fā)展方向。在日益開放的電力市場環(huán)境下，風(fēng)力發(fā)電的成本也將不斷降低，如果考慮到環(huán)境等因素帶來的間接效益，則風(fēng)電在經(jīng)濟上也具有很大的吸引力。
并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電場具有以下優(yōu)點：
（1） 建設(shè)工期短： 風(fēng)電機組及其輔助設(shè)備具有模塊化的特點，設(shè)計和安裝簡單，單臺風(fēng)機的運輸及安裝時間不超過三個月，一個 10MW 級的風(fēng)電場建設(shè)工期不超過一年，而且安裝一臺即可投產(chǎn)一臺。
（2） 實際占地面積小，對土地質(zhì)量要求低 ：風(fēng)電場內(nèi)設(shè)備建的筑面積僅約占風(fēng)電場的 1%，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用。
（3） 運行管理自動化程度高，可做到無人值守另一方面，風(fēng)力發(fā)電受到其一次能源——風(fēng)能的限制。
“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電場：
是指能夠結(jié)合電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求和潮流分布及時進行狀態(tài)和參數(shù)調(diào)整，實現(xiàn)風(fēng)電可控、在控的風(fēng)電場。
“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電場特點：
一是風(fēng)機具有有功無功調(diào)節(jié)和低電壓穿越能力，確保電網(wǎng)發(fā)生波動時風(fēng)機不解列；
二是風(fēng)場擁有風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，能夠完成風(fēng)電場48小時內(nèi)的短期功率預(yù)測和15分鐘至4小時的超短期功率預(yù)測；
三是集中優(yōu)化配置有功功率和無功功率控制系統(tǒng)，實現(xiàn)風(fēng)機的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制。
02、風(fēng)電并網(wǎng)-現(xiàn)行并網(wǎng)方法
總得來說，目前風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)方式大致可以分為異步發(fā)電機、同步發(fā)電機和雙饋發(fā)電機三種方式。
異步發(fā)電機組的并網(wǎng)：
當(dāng)前在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中采用的異步發(fā)電機并網(wǎng)方法有以下幾種：
直接并網(wǎng)
這種并網(wǎng)方法要求在并網(wǎng)時發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序相同，當(dāng)風(fēng)力驅(qū)動的異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時即可自動并入電網(wǎng)；自動并網(wǎng)的信號由鍘速裝置給出，而后通過自動空氣開關(guān)合閘完成并網(wǎng)過程。
缺點：直接并網(wǎng)時會出現(xiàn)較大的沖擊電流及電網(wǎng)電壓的下降；
適用：異步發(fā)電機容量在百千瓦級以下而電網(wǎng)容量較大的情況下。
降壓并網(wǎng)
這種并網(wǎng)方法是在異步電機與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器或者接入自耦變壓器，以達(dá)到降低并網(wǎng)合閘瞬間沖擊電流幅值及電網(wǎng)電壓下降的幅度。
缺點：因為電阻、電抗器等元件要消耗功率，在發(fā)電機并入電網(wǎng)以后，進入穩(wěn)定運行狀態(tài)時，必須將其迅速切除。
適用：百千瓦級以上、容量較大的機組，顯而易見這種并網(wǎng)方法的經(jīng)濟性較差。
通過晶閘管軟并網(wǎng)
這種并網(wǎng)方法是在異步發(fā)電機定子與電網(wǎng)之間通過每相串入一只雙向晶閘管連接起來，三相均有晶閘管控制，雙向晶閘管的兩端與并網(wǎng)自動開關(guān)的動合觸頭并聯(lián)。
特點：這種軟并網(wǎng)方連接方式可以省去一個并網(wǎng)自動開關(guān)，因而控制回路較為簡單，而且避免了有觸頭自動開關(guān)觸頭彈跳、沾著及磨損等現(xiàn)象，可以保證較高的開關(guān)頻率。
不足：需選用電流允許值大的高反壓雙向晶閘管，這是因為雙向晶閘管中通過的電流需滿足能通過異步發(fā)電機的額定電流值，而具有旁路并網(wǎng)自動開關(guān)的軟并網(wǎng)連接方式中的高反壓雙向晶閘管只要能通過較發(fā)電機空載電流略高的電流就可以滿足要求。
同步發(fā)電機組并網(wǎng)：
1、同步發(fā)電機的并網(wǎng)：由風(fēng)力機驅(qū)動同步發(fā)電機經(jīng)變頻裝置與電網(wǎng)并聯(lián)。這種系統(tǒng)并聯(lián)運行的特點如下：
a、由于采用頻率變換裝置進行輸出控制，因此并網(wǎng)時沒有電流沖擊，對系統(tǒng)幾乎沒有影響。
b、為采用交一直一交轉(zhuǎn)換方式，同步發(fā)電機組工作頻率與電網(wǎng)頻率是彼此獨立的。風(fēng)輪及其發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以變化，不必?fù)?dān)心發(fā)生同步發(fā)電機直接井網(wǎng)運行可能出現(xiàn)的失步問題。
c、由于頻率變換裝置采用靜態(tài)自勵式逆變，雖然可以調(diào)節(jié)無功功率，但是有高頻電流流向器電網(wǎng)
d、在風(fēng)電系統(tǒng)中使用阻抗匹配和功率跟蹤反饋來調(diào)節(jié)輸出負(fù)荷，可使風(fēng)力發(fā)電機組按最佳效率運行，向電網(wǎng)輸送更多的電能。
2、直驅(qū)交流永磁同步發(fā)電機組的并網(wǎng)：由風(fēng)力機直接驅(qū)動低速交流發(fā)電機，通過工作速度快。驅(qū)動功率小、導(dǎo)通壓降低的IGBT逆變器井網(wǎng)。這種系統(tǒng)并聯(lián)運行的特點如下：
a、由于不采用齒輪箱，機組水平軸向的長度大夫減小，電能生產(chǎn)的機械傳動路徑縮短，避免了因齒輪箱旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的損耗，噪音等。
b、由于發(fā)電機具有大的表面，散熱條件更有利，使發(fā)電機運行時的溫升減低。減小發(fā)電機溫升的起伏。
雙饋發(fā)電機組并網(wǎng)：
特點：在發(fā)電機側(cè)和電網(wǎng)側(cè)分別加入脈沖整流器，在低風(fēng)速的情況下，發(fā)電機輸出的交流電壓經(jīng)過電機側(cè)脈沖整流器升壓后，可以滿足電網(wǎng)側(cè)脈沖整流器的正常工作。
小結(jié)：并網(wǎng)運行是目前風(fēng)力發(fā)電的主要形式。各種并網(wǎng)方案有其自身的優(yōu)缺點。隨著風(fēng)力發(fā)電機組容量的增大。存并網(wǎng)時對電網(wǎng)的沖擊也越來越大。這種沖擊嚴(yán)重時不僅引起電力系統(tǒng)電壓的大幅度下降。而且可能對發(fā)電機和機械部件（塔架、槳葉及增速器等）造成損壞。如果并網(wǎng)沖擊時間過長，還可能使系統(tǒng)瓦解或威脅其他掛網(wǎng)機組的正常運行。
根據(jù)以上情況分析可得選擇直驅(qū)交流永磁低速同步發(fā)電機比較合理，由風(fēng)力機直接驅(qū)動低速交流發(fā)電機通過工作速度快，驅(qū)動功率小，導(dǎo)通壓降的IGBT逆變器并網(wǎng)。通過交——直——交轉(zhuǎn)換方式后，使隨風(fēng)速變化的交流電變?yōu)闈M足并網(wǎng)要求的交流電，采用準(zhǔn)同期的并網(wǎng)方式降風(fēng)力發(fā)電機并入電網(wǎng)。
03、風(fēng)電并網(wǎng)-并網(wǎng)技術(shù)分類
風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)有交流聯(lián)網(wǎng)和直流聯(lián)網(wǎng)兩種方式。傳統(tǒng)的交流聯(lián)網(wǎng)方式應(yīng)用時間已相當(dāng)長，目前仍然占據(jù)主要地位。過去的風(fēng)電機組裝機容量小，對電網(wǎng)的沖擊相當(dāng)有限，那時風(fēng)電并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來的影響主要有電壓波動和閃變、諧波污染等一些電能質(zhì)量問題，隨著現(xiàn)代風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴大，大容量風(fēng)電機組并入電網(wǎng)，風(fēng)電聯(lián)網(wǎng)給系統(tǒng)帶了的負(fù)面影響擴展到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
風(fēng)電的交流并網(wǎng)技術(shù)（HVAC）
主要優(yōu)點：傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)傳輸距離比較近時，其成本比較低。
不足：存在一系列難以跨越的技術(shù)阻礙，如線路的容性功率、同步運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性、潮流控制等。
風(fēng)電的直流并網(wǎng)技術(shù)（HVAC）
與HVAC相比，具有以下4個特點：
（1）經(jīng)濟性：HVDC線路的造價和運行費用比HVAC低，而換流站的造價和運行費用均比交流變電站高。因此對同樣的輸電容量，輸送距離越遠(yuǎn)，直流比交流的經(jīng)濟性越好。
（2）互聯(lián)性：HVAC能力受到同步發(fā)電機功角穩(wěn)定問題的限制，且隨著輸送距離的增大，同步機之間的聯(lián)系電抗越大，穩(wěn)定問題更加突出，HVAC能力受到更大限制。
（3）控制性：HVDC具有潮流快速可控的特點，可用于所連交流系統(tǒng)的穩(wěn)定和頻率控制。HVDC 的變換器為基于電力電子器件構(gòu)成的電能控制電路，因此對于電力潮流的控制迅速而精確。
（4）靈活性：易于構(gòu)成多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)，進而實現(xiàn)多個風(fēng)電場或混合分布式電源的并網(wǎng)。
由于上述 HVDC自身的一系列特點，使得 HVDC有其適用的應(yīng)用領(lǐng)域，如海底電纜輸電、長架空線輸電、交流系統(tǒng)互連以及作為限制短路電流的對策而獲得了各國人們的極大關(guān)注。目前，HVDC已成為電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中最全面，但同時也是最為復(fù)雜的系統(tǒng)，對 HVDC的研究仍然任重而道遠(yuǎn)。風(fēng)電場通過交流方式聯(lián)網(wǎng)存在上述難以解決的困難，大型風(fēng)電場和海上風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)，人們越來越青睞高壓直流輸電。HVDC技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電領(lǐng)域中應(yīng)用最早同時也是較為成熟的技術(shù)。
采用VSC-HVDC系統(tǒng)的風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)
目前，聯(lián)網(wǎng)風(fēng)電場主要手段有VSC-HVDC、常規(guī)直流輸電HVDC和交流輸電HVAC 3種。VSC-HVDC由于本身的很多優(yōu)良特性，更適用于風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)，還有助于系統(tǒng)黑啟動和風(fēng)電場的“孤島”運行等。特點：
a、采用直流聯(lián)網(wǎng)方式實現(xiàn)風(fēng)電場的長距離聯(lián)網(wǎng)時，由于直流電纜成本的降低以及直流線路上損耗所占比例的降低，可抵消掉由于安裝換流站帶來的成本增加。
b、直流聯(lián)網(wǎng)可以隔離風(fēng)電場和交流主網(wǎng)，有助于系統(tǒng)故障后的快速恢復(fù)。交流聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)點是成本較低，但是當(dāng)輸電線路距離超過一定數(shù)值后，交流電纜成本所占比例變大，會產(chǎn)生大量容性無功電流，需要加靜止無功補償器（SVC）進行無功補償。而且交流聯(lián)網(wǎng)必須使風(fēng)電場與所聯(lián)交流電網(wǎng)保持同步。
c、由于直流輸電的運行特性，其傳輸電能時不會傳播交流電網(wǎng)的交流屬性（如電壓相角，頻率），也就隔絕了風(fēng)電注入電網(wǎng)的諧波，避免了風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的諧波污染；并且由于風(fēng)電并網(wǎng)連接在各機組母線電壓收到風(fēng)機本身發(fā)電的影響，電壓通常達(dá)不到穩(wěn)定的要求，采用VSC-HVDC并網(wǎng)時，還可以起到STATCOM的作用，動態(tài)地補償風(fēng)機公共連接點的無功缺額，達(dá)到穩(wěn)定機端母線電壓的作用。另外，在風(fēng)電機發(fā)生故障停運時，還可以借助VSC提供的母線電壓，達(dá)到依靠網(wǎng)側(cè)自啟動的目的。
04、風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響
定量分析風(fēng)電場對主電網(wǎng)運行的影響，要從穩(wěn)態(tài)和動態(tài)兩方面進行分析。
穩(wěn)態(tài)分析：對含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)進行潮流計算
在穩(wěn)態(tài)潮流分析中，對風(fēng)電場的電力系統(tǒng)對平衡節(jié)點的有功、無功平衡能力提出更高要求，要分別分析含風(fēng)電場電網(wǎng)在電網(wǎng)大、小運行方式下，是否滿足系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行的各種約束。由于不同的風(fēng)電機組的工作原理、數(shù)學(xué)模型都不相同，因此，對不同類型風(fēng)電場的潮流計算方法也有所差異。
穩(wěn)態(tài)含風(fēng)電場電力系統(tǒng)潮流計算的結(jié)果，實質(zhì)上是一個各風(fēng)速下系統(tǒng)的潮流計算分布情況表。其中風(fēng)電場零出力、最大、最小出力等3種情況需要著重關(guān)注。
動態(tài)過程分析一般采用仿真的方法
要考慮異步發(fā)電機、雙饋異步發(fā)電機等不同發(fā)電機的模型以及風(fēng)速、風(fēng)力機、槳距調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)，用仿真程序PSS/E、PSCAD、Matlab/Simulink、PSASP等進行分析。分析的關(guān)鍵是各種風(fēng)力發(fā)電機模型的選用。
此外還需考慮風(fēng)電場無功問題
風(fēng)電場無功消耗包括：異步風(fēng)力發(fā)電機消耗，雙饋異步發(fā)電機和直流永磁同步機沒有此部分；風(fēng)機出口升壓變壓器，由于整個風(fēng)電場升壓變數(shù)目眾多，有成百上千臺，疊加起來數(shù)量不小；風(fēng)電場升壓變電站主變壓器消耗等。對于由異步風(fēng)力發(fā)電機組成的風(fēng)電場，應(yīng)考慮電壓穩(wěn)定性問題。如有必要，可采用動態(tài)電壓控制設(shè)備。
風(fēng)電并網(wǎng)的經(jīng)濟影響
風(fēng)電場的發(fā)電成本加上合理的利潤，構(gòu)成風(fēng)電的價格。2006年施行的《可再生能源法》中規(guī)定，電網(wǎng)企業(yè)必須全額收購可再生能源電量。費用高于常規(guī)能源發(fā)電平均上網(wǎng)電價，其電價之間的差額附加到銷售電價中分?jǐn)偂?/div>
據(jù)統(tǒng)計，全國己建風(fēng)電場的電價水平在（0.46-1.2）元/（KWh）之間。目前，國內(nèi)風(fēng)電上網(wǎng)電價大概分為：成本利潤電價；特許權(quán)招標(biāo)電價；全省統(tǒng)一電價等三種。與火電相比，風(fēng)電上網(wǎng)電價較高。
風(fēng)電場出力的隨機性，可能造成如負(fù)荷跟蹤、頻率控制、備用容量、無功功率和電壓調(diào)節(jié)等電網(wǎng)輔助服務(wù)的成本增加，從而影響了電網(wǎng)企業(yè)的效益。
05、風(fēng)電并網(wǎng)存在的問題
大規(guī)模集中式并網(wǎng)和分布式并網(wǎng)，在接入電網(wǎng)電壓等級，輸送容量，對電網(wǎng)的影響等方面，顯然是顯著不同的。
大規(guī)模集中式并網(wǎng)
從丹麥乃至歐美的風(fēng)電并網(wǎng)與我國的大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的不同種尋求答案：
1、數(shù)量級不同：中國所謂‘大規(guī)模’指的是千萬千瓦級風(fēng)場，而歐美的‘大規(guī)模’指的是幾十萬千瓦級的風(fēng)場；中國所說的‘遠(yuǎn)距離’指的是幾百上千公里的輸送，歐美的‘遠(yuǎn)距離’基本上在一百公里左右。
2、并網(wǎng)思路不同：我國風(fēng)電存在“大基地建設(shè)，大規(guī)模送出”的思路，歐美則是“”分散接入，就地消納“的思路，這里先不提好壞，只說事實。
3、能源結(jié)構(gòu)不同：歐洲燃?xì)狻⑷加桶l(fā)電和水電比例大，調(diào)峰能力強，電力的互送非常頻繁；而我國幅員遼闊，電源負(fù)荷分布不均，而且電源以火電為主，調(diào)節(jié)能力相對較差。風(fēng)電的波動性帶來的是它需要對應(yīng)合理的電源進行調(diào)峰，從而來滿足負(fù)荷平衡。而我國以煤電為主的電網(wǎng)難以為風(fēng)電做深度調(diào)峰的。
4、對電網(wǎng)的要求不同：歐洲風(fēng)電基本是分散接入，對電網(wǎng)用戶側(cè)的智能化要求是比較高的，而歐洲電網(wǎng)也是圍繞這個方向在發(fā)展；而我國的大規(guī)模送出則是另一個課題了，面對的困難也不一樣。
5、其他問題：
a、風(fēng)電運行管理水平：歐洲水平是很高的，以西班牙和丹麥為代表。他們廣泛開展了風(fēng)電功率預(yù)測工作，都實現(xiàn)了風(fēng)電輸出功率的日前預(yù)測，西班牙規(guī)定風(fēng)電出力預(yù)測誤差超過20%時將被罰款，然后對風(fēng)電場進行有效調(diào)控。而我國這方面就差強人意了。
b電價等管理政策：各國國情不同，政策不同，但是學(xué)習(xí)的經(jīng)驗還是很多。作者舉了德國電價的例子；我國的電價制度仍需根據(jù)實際情況的變化及時更新。
分布式并網(wǎng)
我國目前的分布式能源發(fā)展非常緩慢，導(dǎo)致很多高滲透率并網(wǎng)才發(fā)生的問題一點都沒有凸顯。然而和大規(guī)模集中式并網(wǎng)類似，調(diào)峰和調(diào)度問題依然是分布式并網(wǎng)的最主要問題，分布式電源量更多，更細(xì)微，更復(fù)雜，平臺需求更高，對儲能的依賴會很高。
雙向潮流引起的問題：
傳統(tǒng)配電網(wǎng)是單向電流流動，配電網(wǎng)只接收負(fù)荷。大量接入分布式光伏發(fā)電后，傳統(tǒng)輻射狀的無源配電網(wǎng)絡(luò)將變成一個充滿中小型電源的有源網(wǎng)絡(luò)，潮流開始雙向流動，這是最根本的問題。
潮流的變化，對配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計、信息采集、運行方式、保護控制等影響很大。但是這是個規(guī)模問題，以后如果分布式新能源的滲透率搞了，這些問題應(yīng)該會很大，網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架上就存在問題。
還有運行控制方面，針對雙向潮流引起的復(fù)雜的線路保護、有功無功控制，通信等等。
無功和電壓問題：
集中供電的配電網(wǎng)一般呈輻射狀，穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)下，電壓沿饋線潮流方向逐漸降低。目前問題沒有凸顯，但當(dāng)大量分布式能源并網(wǎng)后，需要通盤考慮這些系統(tǒng)性問題。
諧波問題：
分布式發(fā)電通過電力電子逆變器并網(wǎng)，易產(chǎn)生諧波、三相電壓/電流不平衡；輸出功率隨機性易造成電網(wǎng)電壓波動、閃變； 分布式電源直接在用戶側(cè)接入電網(wǎng)，電能質(zhì)量問題直接影響用戶的電器設(shè)備安全。
諧波問題，目前確實是個比較大的問題，它和諸多因素有關(guān)，但很多問題可以優(yōu)化，在今后的實際運行中，諧波問題將相對可控。
孤島問題：
由于線路故障等原因，斷路器QF2或QF3跳開，此時 分布式電源DG和負(fù)載L就構(gòu)成了一個孤島系統(tǒng)。在孤島系統(tǒng)中，DG脫離電網(wǎng)后繼續(xù)運行，獨立地給負(fù)載L供電，稱為孤島 運行。由于故障跳閘等偶然原因形成的孤島運行，稱為非計劃孤島運行。非計劃的孤島運行具有偶然性和不確定性，會對系統(tǒng)、 用戶和DG本身帶來不利影響。必須發(fā)展合理的孤島運行，以及更為合理的并網(wǎng)、離網(wǎng)協(xié)調(diào)控制機制。
還有很多其他的次要問題，比如接地、諧振等等。
