畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書電力系電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)081班學(xué)生何優(yōu)琪一、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文課題風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究二、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文工作自2012年3月1日起至2012年6月15日止三、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文進(jìn)行地點(diǎn)教二樓四、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的內(nèi)容要求風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，可利用的風(fēng)能在全球范圍內(nèi)分布都很廣泛。風(fēng)力發(fā)電逐漸成為許多國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。然而，風(fēng)電作為電源具有間歇性和難以調(diào)度的特性，無(wú)論風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量大小、采用何種風(fēng)電機(jī)組技術(shù)，風(fēng)電接入都會(huì)對(duì)接入地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來(lái)不同程度的影響。設(shè)計(jì)任務(wù)1風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀2典型風(fēng)電機(jī)組模型3風(fēng)電機(jī)組控制方式4國(guó)內(nèi)大型風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況分析5風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)于電網(wǎng)的影響6風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)研究7編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告8完成論文開題報(bào)告、外文資料翻譯報(bào)告負(fù)責(zé)指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師接受設(shè)計(jì)論文任務(wù)開始執(zhí)行日期學(xué)生簽名畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度表電氣工程及其自動(dòng)化（電力）系月日周次任務(wù)階段名稱及詳細(xì)項(xiàng)目檢查日期檢查結(jié)果2，327341選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)題目5112收集論文相關(guān)資料12183查閱該方向外文資料并翻譯一篇英文文獻(xiàn)19254明確畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，完成論文開題報(bào)告3，42641557查閱國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電相關(guān)文獻(xiàn)資料，整理典型風(fēng)電機(jī)組模型及其特點(diǎn)1656810收集國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)實(shí)例，統(tǒng)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況7201112查閱風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)行控制方式，分析國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)存問(wèn)題4，5212713收集風(fēng)電接入對(duì)系統(tǒng)影響的資料，分析并提供全面的解決方案月日周次任務(wù)階段名稱及詳細(xì)項(xiàng)目檢查日期檢查結(jié)果5，6286101415了解風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)，撰寫論文準(zhǔn)備論文答辯611241617完成畢業(yè)論文進(jìn)行答辯指導(dǎo)教師簽名學(xué)生簽名年月日年月日摘要風(fēng)力發(fā)電是新能源中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件及商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源技術(shù)。風(fēng)能的合理開發(fā)和利用可以有效緩解目前能源匱乏及燃料資源給環(huán)境帶來(lái)的污染問(wèn)題，在遠(yuǎn)期有可能成為世界上重要的替代能源。隨著風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在全球范圍得到大力發(fā)展，并保持持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭。本文在綜合相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,總結(jié)了世界風(fēng)能資源及各國(guó)風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)狀,提出了風(fēng)電發(fā)展中的一系列技術(shù)問(wèn)題和研究方向。文章綜述了目前風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用情況，對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的類型、風(fēng)電系統(tǒng)中所采用發(fā)電機(jī)的性能與特點(diǎn)以及未來(lái)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了較詳細(xì)深入的介紹，為更好地了解國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)提供參考。關(guān)鍵詞風(fēng)力發(fā)電，可再生能源，風(fēng)電并網(wǎng),發(fā)電機(jī)RESEARCHONTHEDEVELOPMENTTRENDOFWINDPOWERGENERATIONTECHNOLOGYABSTRACTWINDPOWERISTHERENEWABLEENERGYTECHNOLOGYWITHMOSTMATURETECHNOLOGY,LARGESTCOMMERCIALDEVELOPMENTCONDITIONSANDPROSPECTSINNEWENERGYTECHNOLOGIESITSRATIONALUSEANDDEVELOPMENTOFWINDENERGYCANEFFECTIVELYALLEVIATETHECURRENTSHORTAGEOFENERGYANDENVIRONMENTALPOLLUTIONPROBLEMSCAUSEDBYFUELRESOURCESINTHELONGTERMWINDENERGYISLIKELYTOBECOMETHEMOSTIMPORTANTALTERNATIVEENERGYSOURCESWITHTHEMATURITYOFPOWERGENERATIONTECHNOLOGY,WINDPOWERGENERATIONINDUSTRYISINCREASINGCONTINUOUSLYONAGLOBALSCALE,ANDITMAINTAINSASUSTAINEDGROWTHMOMENTUMINTHISPAPER,WINDRESOURCEANDTHESTATUSOFWINDENERGYWERESUMMARIZEDTHEKEYTECHNOLOGIESANDRESEARCHTOPICSONWINDENERGYWERETHENPROPOSEDTHEWINDPOWERGENERATIONANDITSRELATIVETECHNOLOGYAREREVIEWED，INCLUDINGTHETYPESOFWINDPOWERGENERATIONSYSTEM，PERFORMANCEANDFEATUREOFGENERATORSAPPLIEDINWINDPOWERGENERATIONSYSTEM，ANDDEVELOPMENTTENDENCYOFFUTUREWINDPOWERGENERATIONTECHNOLOGY，WHICHPROVIDINGREFERENCESFORWELLLEARNINGABOUTTHEPRESENTSTATUSANDDEVELOPMENTTENDENCYOFWINDPOWERGENERATIONATHOMEANDABROADKEYWORDSWINDPOWERGENERATIONRENEWABLEENERGYWINDPOWERGRIDINTEGRATIONGENERATOR目錄前言第1章緒論1211本課題背景1212本課題研究意義13第2章風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)狀1321風(fēng)能資源分布及特點(diǎn)1322國(guó)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況1623國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況18第3章風(fēng)電機(jī)組的分類及控制1931風(fēng)電機(jī)組分類1932風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的機(jī)組2333主流機(jī)組應(yīng)用與控制28331雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組29332直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組32333半直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組33第4章風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)3541風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)組成3642風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響36421對(duì)電網(wǎng)頻率和有功功率的影響37422對(duì)電網(wǎng)電壓和無(wú)功功率的影響41423對(duì)電網(wǎng)諧波、閃變和電壓波動(dòng)的影響4243風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)例45第5章風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)5151低電壓穿越技術(shù)5152電網(wǎng)接納風(fēng)電的關(guān)鍵技術(shù)5653適應(yīng)風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)代儲(chǔ)能技術(shù)5954風(fēng)電與其他電源聯(lián)合運(yùn)行技術(shù)6355風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)6856海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)71第6章風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)研究7761風(fēng)力發(fā)電的進(jìn)展7762國(guó)外風(fēng)電發(fā)展對(duì)中國(guó)的啟示8163中國(guó)風(fēng)電現(xiàn)存主要問(wèn)題與挑戰(zhàn)8564風(fēng)電未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)88結(jié)論93致謝94參考文獻(xiàn)95前言由于石油、煤炭等非可再生資源的日漸消耗和礦物燃料發(fā)電帶來(lái)的環(huán)境污染等嚴(yán)重問(wèn)題，越來(lái)越多的國(guó)家在可再生資源研究和應(yīng)用方面投入了大量人力和資金。在可再生能源利用中,風(fēng)能具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。風(fēng)能發(fā)電在技術(shù)上日趨成熟,商業(yè)營(yíng)運(yùn)水平不斷提高。另外,風(fēng)力發(fā)電成本不斷降低,同時(shí)常規(guī)能源發(fā)電由于環(huán)保要求增高,使得成本進(jìn)一步增加,而且隨著技術(shù)的進(jìn)步,風(fēng)力發(fā)電的成本將有進(jìn)一步降低的巨大潛力。風(fēng)能作為最重要的替代能源之一，正得到大規(guī)模的開發(fā)和利用，風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)也取得了顯著的進(jìn)步。近幾年來(lái)中國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也迅速發(fā)展，逐步成為歐洲和美國(guó)之后的全球主要市場(chǎng)之一。隨著風(fēng)電規(guī)模占全網(wǎng)容量比例的大幅增加,原有常規(guī)電源對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)整與控制能力被削弱,而風(fēng)電電源很難像常規(guī)電源一樣執(zhí)行系統(tǒng)的調(diào)頻、調(diào)壓任務(wù)和抑制系統(tǒng)的功率震蕩,所以風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)、風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響等問(wèn)題日益突出。此外,風(fēng)力發(fā)電功率輸出隨機(jī)性很強(qiáng),波動(dòng)很大且不可控,而且風(fēng)電場(chǎng)大多建設(shè)在電網(wǎng)的末梢,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱,風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行必然會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、電能質(zhì)量、系統(tǒng)可靠性、電源和電網(wǎng)規(guī)劃等方面帶來(lái)一定的影響。所以要針對(duì)風(fēng)電接入對(duì)系統(tǒng)的具體影響采取相應(yīng)措施，改善其并網(wǎng)性能，盡可能降低其對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)面影響。本論文共六章，第一章介紹了本課題的背景，并闡述了本課題研究的主要內(nèi)容和意義；第二章依據(jù)世界風(fēng)能資源分布情況，具體介紹了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況；第三章利用不同方法將風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行分類，闡述了當(dāng)前主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用與控制；第四章基于國(guó)內(nèi)外大型風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)例資料，介紹了風(fēng)力發(fā)電的主流應(yīng)用方式并網(wǎng)接入，重點(diǎn)探討風(fēng)電并網(wǎng)接入對(duì)系統(tǒng)的影響；第五章整理文獻(xiàn)資料，詳述風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，其中包括低電壓穿越技術(shù)、電網(wǎng)接納風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)、海上風(fēng)電技術(shù)以及風(fēng)力發(fā)電與其他電源聯(lián)合運(yùn)行技術(shù)；第六章針對(duì)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)存問(wèn)題及挑戰(zhàn)，提出相應(yīng)的解決措施，研究風(fēng)力發(fā)電未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。在本論文截稿時(shí)，對(duì)本論文末附的參考文獻(xiàn)的作者也致以衷心的感謝。由于本人學(xué)識(shí)有限、時(shí)間倉(cāng)促，論文中一定有許多疏漏之處及錯(cuò)誤，殷切希望參考本次論文的老師和同學(xué)批評(píng)指正。第1章緒論11本課題背景2011年3月11日,日本當(dāng)?shù)貢r(shí)間14時(shí)46分,日本東北部海域發(fā)生里氏90級(jí)地震并引發(fā)海嘯,同時(shí)造成日本福島第一核電站14號(hào)機(jī)組發(fā)生核泄漏事故,造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。此次地震引起的核輻射,讓人類重新思考核能,并越來(lái)越關(guān)注可再生能源1。眾所周知，可再生能源有水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、潮汐能、地?zé)崮芰笮问?。隨著傳統(tǒng)石化能源的日益匱乏，可再生能源作為解決全球能源危機(jī)的綠色方案，受到世界各國(guó)的普遍重視。其中，風(fēng)能源于太陽(yáng)輻射使地球表面受熱不均、導(dǎo)致大氣層中壓力分布不均而使空氣沿水平方向運(yùn)動(dòng)所獲得的動(dòng)能。據(jù)估計(jì)，地球上可開發(fā)利用的風(fēng)能約為MW，是水能的10倍，只要利用1的7102風(fēng)能即可滿足全球能源的需求2。同時(shí)風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今世界清潔可再生能源開發(fā)利用中技術(shù)最成熟、發(fā)展最迅速、商業(yè)化前景最廣闊的發(fā)電方式之一，風(fēng)電以其無(wú)污染，施工周期短，投資靈活，占地少，造價(jià)低等特點(diǎn)，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。早在很久以前它就被人們稱為“藍(lán)天白煤”。我國(guó)電力需求日益增加，而我國(guó)人口驟多，電力資源人均占有量變得更少。對(duì)于電力資源如此短缺之現(xiàn)狀，無(wú)論從短期還是從長(zhǎng)期來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電是電力可持續(xù)發(fā)展的最佳戰(zhàn)略選擇。風(fēng)力發(fā)電將能迅速緩解我國(guó)能源急需和電力短缺的局面，對(duì)于緩解缺電，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高社會(huì)效益具有非同尋常的意義，而且成為帶有巨大商機(jī)的“朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”3。由于起步較晚，技術(shù)落后，我國(guó)的能源消費(fèi)與世界主流有一定的差距。目前，世界平均電力消費(fèi)中，煤電占39、水電19、核電16、天然氣15、油電16、風(fēng)電等可再生能源占1；其中，歐盟計(jì)劃到2010年新能源提供的電力將提高到22；而在我國(guó)的2010電力規(guī)劃中，煤電占80，水電占148，燃?xì)怆娬?7，核電占21，風(fēng)電等可再生能源占044。與其他可再生能源利用方式相比，風(fēng)力發(fā)電是解決我國(guó)電力和能源緊缺的重要戰(zhàn)略選擇57。據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院測(cè)算，我國(guó)的風(fēng)力資源非常豐富，實(shí)際可供開發(fā)的陸地風(fēng)能資源總儲(chǔ)量有253億KW，近期具備開發(fā)條件的風(fēng)電場(chǎng)約有50個(gè)，分布在全國(guó)16個(gè)省市、自治區(qū)，風(fēng)力發(fā)電已成為我國(guó)能源政策支持的重要發(fā)展方向。同時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行是風(fēng)力發(fā)電最重要的運(yùn)行方式，2007年，我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量達(dá)605萬(wàn)KW，預(yù)計(jì)到2020年，總裝機(jī)容量達(dá)2000萬(wàn)KW，將占全國(guó)發(fā)電發(fā)電量的18。由于現(xiàn)在風(fēng)電市場(chǎng)急劇膨脹、裝機(jī)容量連年翻倍增長(zhǎng)、風(fēng)電領(lǐng)域投資熱潮迭起的現(xiàn)象背后，中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局正在悄然發(fā)生變化。走出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不均衡、產(chǎn)能盲目擴(kuò)張、并網(wǎng)滯后利益博弈的困境，正在考驗(yàn)電網(wǎng)公司、風(fēng)電設(shè)備廠商、零部件配套生產(chǎn)企業(yè)以及相關(guān)管理部門的快速反應(yīng)能力9。12本課題研究目的及意義風(fēng)電是可再生能源當(dāng)中技術(shù)最成熟、價(jià)格最低的能源之一。近年來(lái)，在國(guó)家政策的大力扶持下，中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，風(fēng)電裝機(jī)容量連年翻倍增長(zhǎng)、風(fēng)電領(lǐng)域投資熱潮迭起。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科的綜合性高技術(shù)系統(tǒng)工程。先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)會(huì)提高機(jī)組容量、改善風(fēng)電質(zhì)量、提高風(fēng)電系統(tǒng)的效率和提高抗風(fēng)險(xiǎn)的能力10。然而，當(dāng)前風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的沖擊影響，仍然是制約風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的瓶頸。因此需要加大并網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)，努力探討如何通過(guò)機(jī)組設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電大規(guī)模并入后電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。并且風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不是十分成熟，風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行及并網(wǎng)方面還存在許多問(wèn)題尚未徹底解決。并且經(jīng)歷全球金融危機(jī)之后，風(fēng)電機(jī)組制造新秀的進(jìn)入，攪亂了動(dòng)蕩中的風(fēng)電市場(chǎng)，中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局正在悄然發(fā)生變化。與此同時(shí)，隨著市場(chǎng)的急劇膨脹，伴隨風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各種問(wèn)題逐步凸顯出來(lái)11。因此如何全面經(jīng)濟(jì)地利用風(fēng)電，借鑒國(guó)外成熟的經(jīng)驗(yàn)，尋求中國(guó)風(fēng)力發(fā)電正確的發(fā)展方向是一個(gè)具有重要意義的研究課題。第2章風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)狀21風(fēng)能資源分布及特點(diǎn)根據(jù)世界氣象組織估計(jì)，全球的可利用風(fēng)能資源約為200億KW，為地球上可利用水能資源的10倍。經(jīng)估算全球風(fēng)能蘊(yùn)藏量約為3107KW，其中可利用的風(fēng)能為21010KW。由于風(fēng)能是來(lái)源于太陽(yáng)能，因此也有人假設(shè)在太陽(yáng)能進(jìn)入地球大氣時(shí)，每平方米的功率為135KW，假定約有60的能量留在大氣層中，其總能量為1041014KW。如果設(shè)想風(fēng)能是該值的12，則風(fēng)能為KW12。盡管各種估算數(shù)值不同，但總12120804的來(lái)說(shuō)全球具有巨大的風(fēng)能資源，風(fēng)能是取之不竭、用之不盡、可再生的清潔能源。根據(jù)中國(guó)氣象局第三次全國(guó)風(fēng)能資源普查的結(jié)果，我國(guó)陸地10M高度層風(fēng)能資源理論可開發(fā)儲(chǔ)量為435億KW、技術(shù)可開發(fā)量為297億KW，技術(shù)可開發(fā)的陸地面積約為M2。2006年國(guó)家氣候中心采用樹脂模擬10方法對(duì)我國(guó)風(fēng)能資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)論是在不考慮青藏高原的情況下，全國(guó)陸地10M高度層風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為2548億KW。我國(guó)風(fēng)力資源豐富，可開發(fā)量約為712億KW，其中陸地約為610億KW，海上約為12億KW，按2009年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量1613億KW，發(fā)電量269億KW推算，未來(lái)每年可提供122萬(wàn)億KWH電量13。我國(guó)幅員遼闊，地形條件復(fù)雜，風(fēng)能資源狀況及分布特點(diǎn)隨地形和地理位置的不同而相差很大。根據(jù)風(fēng)資源類別劃分標(biāo)準(zhǔn)，按年平均風(fēng)速的大小，各地風(fēng)力資源大體可劃分為4個(gè)區(qū)域，見(jiàn)表21。表21風(fēng)力資源區(qū)域劃分區(qū)別平均風(fēng)速（M/S）分布地區(qū)豐富區(qū)65東南沿海、山東半島和遼寧半島、三北地區(qū)、松花江下游區(qū)較豐富區(qū)5565東南沿海內(nèi)陸和渤海沿海、三北南部區(qū)、青藏高原區(qū)可利用區(qū)3055兩廣沿海區(qū)貧乏區(qū)N1時(shí)，處于超同步狀態(tài)，此時(shí)發(fā)電機(jī)同時(shí)由定子和轉(zhuǎn)子發(fā)出電能給電網(wǎng)，變頻器的能量流向逆向；當(dāng)NN1時(shí)，處于同步狀態(tài)，此時(shí)發(fā)電機(jī)作為同步電機(jī)運(yùn)行,變頻器向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁。由此可知，當(dāng)發(fā)電的轉(zhuǎn)速N變化時(shí)，若控制F2相應(yīng)變化，可使F1保持恒定不變，即與電網(wǎng)頻率保持一致，也就實(shí)現(xiàn)了變速恒頻控制24。采用交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)1、按吸收最大風(fēng)能跟蹤風(fēng)速變化去調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，最大限度的捕捉風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率。2、允許原動(dòng)機(jī)在一定范圍內(nèi)變速運(yùn)行,簡(jiǎn)化了調(diào)整裝置,減少變速時(shí)的機(jī)械應(yīng)力和磨損,同時(shí)使機(jī)組控制更加靈活、方便,提高了機(jī)組運(yùn)行效率。3、采用一定的策略如矢量控制,雙PWM變頻器等可靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功和無(wú)功功率,對(duì)電網(wǎng)而言此系統(tǒng)可起到功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)淖饔谩?、采用PWM技術(shù)可抑制諧波,減小開關(guān)損耗,提高效率。5、需要變頻控制的功率僅是電機(jī)額定容量的一部分,從而使變頻裝置體積減小、成本降低、投資減少。6、雙饋發(fā)電機(jī)采用交流勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成了“柔性連接”，即可以根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，精確的調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓，避免并網(wǎng)時(shí)發(fā)生的電流沖擊和過(guò)大的電壓波動(dòng)，滿足電網(wǎng)的要求。正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，使得雙饋發(fā)電機(jī)成為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用的主流發(fā)電機(jī)。常用的雙饋發(fā)電機(jī)目前仍然有滑環(huán)和電刷，這是限制單機(jī)容量的因素。無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)已經(jīng)開始在風(fēng)電中試驗(yàn)，不久將可以應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。雙饋式變漿變速機(jī)型，是目前大部分企業(yè)采用的技術(shù)，技術(shù)成熟，是風(fēng)電行業(yè)主流的先進(jìn)技術(shù)，其機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。通用公司、歌美颯、維斯塔斯、蘇司蘭、華銳、東汽、上海電氣、北重、沈陽(yáng)華創(chuàng)等公司，采用此技術(shù)。當(dāng)前商業(yè)運(yùn)行的DFIG風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大容量已達(dá)到5MW。圖311雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了很多控制策略，主要包括矢量控制、標(biāo)量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制。1矢量控制在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁控制中，以前往往采用矢量控制策略，分為兩大類，即基于氣隙磁場(chǎng)定向的矢量控制策略和基于定子磁場(chǎng)定向的矢量控制策略。對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，較多文獻(xiàn)采用了定子磁場(chǎng)定向的矢量控制方法，它將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的D軸與雙饋發(fā)電機(jī)的定子氣隙磁場(chǎng)矢量重合，推導(dǎo)出基于定子氣隙磁場(chǎng)定向的雙饋發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)下有功、無(wú)功解藕的勵(lì)磁控制模型。但由于矢量控制的魯棒性較差，并且由于矢量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際的控制效果與理論分析的結(jié)果又一定的偏差，這是矢量控制技術(shù)存在的缺陷。2多標(biāo)量控制基于多標(biāo)量模型的雙饋電機(jī)控制方法通過(guò)多標(biāo)量模型變換電機(jī)系統(tǒng)到兩個(gè)獨(dú)立的線性子系統(tǒng)中，利用PI調(diào)節(jié)器控制定子的有功和無(wú)功。在該方案中，定義轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，定子磁鏈幅值的平方，定子磁鏈和轉(zhuǎn)子電流的叉積和點(diǎn)積四個(gè)標(biāo)量，并根據(jù)上述四個(gè)標(biāo)量電機(jī)的微分方程，在忽略定子電阻的情況下，對(duì)定子磁通做歸一化處理后，電機(jī)的有功功率和無(wú)功功率可以得到解禍控制。3直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的一種高性能的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。1977年美國(guó)學(xué)者ABPLUNKETT在IEEE雜志上首先提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論，1985年由德國(guó)魯爾大學(xué)DEPENBROCK教授和TANKAHASHI分別取得了直接轉(zhuǎn)矩控制在應(yīng)用上的成功，接著在1987年又把直接轉(zhuǎn)矩控制推廣到弱磁調(diào)速范圍25。不同于矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制具有魯棒性強(qiáng)、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，它在很大程度上解決了矢量控制中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)算量大、對(duì)參數(shù)變化敏感等問(wèn)題。332直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又稱無(wú)齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常采用永磁同步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子使用永磁體，沒(méi)有勵(lì)磁系統(tǒng)。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為頻率、幅值都變化的三相交流電，經(jīng)整流后通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換為恒頻恒壓的三相交流電饋入電網(wǎng)。通過(guò)全功率變流裝置，對(duì)系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，最大效率地利用風(fēng)能17。全變速的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組如圖312所示，發(fā)電機(jī)的定子與電網(wǎng)通過(guò)大容量變頻器連接。這種變頻器起到無(wú)功補(bǔ)償和與電網(wǎng)平滑連接的作用。直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因其噪聲小、維護(hù)成本低、具有較好的低壓穿越能力而受到越來(lái)越多的關(guān)注。永磁材料在性能改善的同時(shí)，價(jià)格也在不斷降低，另外永磁電機(jī)不需要電勵(lì)磁，控制更加簡(jiǎn)單，用在直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)26。電力電子技術(shù)近年來(lái)的不斷發(fā)展，原來(lái)限制直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)大力發(fā)展的電力電子變換裝置已經(jīng)不再成為難以克服的問(wèn)題。圖312直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)這種機(jī)組中變轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)全額變頻器接入電網(wǎng)。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接與風(fēng)力機(jī)的輪轂相連接,因此直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低。當(dāng)傳遞能量一定時(shí),必然要求其具有較高的轉(zhuǎn)矩,從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)體積較大27。低轉(zhuǎn)速還導(dǎo)致發(fā)電機(jī)極數(shù)較多,為了獲得合理的極距,必然要求發(fā)電機(jī)有較大的外部尺寸來(lái)放置磁極。同時(shí),考慮到負(fù)載電流和氣隙磁密的約束,隨著直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量的增加,為保證轉(zhuǎn)矩密度不會(huì)進(jìn)一步顯著的增加,轉(zhuǎn)矩越高導(dǎo)致發(fā)電機(jī)體積越大。為了提高發(fā)電機(jī)的效率、減小發(fā)電機(jī)的重量,直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常被設(shè)計(jì)成外徑較大、極距較小的結(jié)構(gòu)2829。此外,由于取消了齒輪箱,直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)單、整體效率高、可靠性和可用性高等優(yōu)點(diǎn)。目前,市場(chǎng)上直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要分為電激磁同步發(fā)電機(jī)EESG,ELECTRICALLYEXCITEDSYNCHRONOUSGENERATOR和永磁同步發(fā)電機(jī)PMSG,PERMENANTMAGNETSYNCHRONOUSGENERATOR兩大類。333半直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組半直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又稱混合型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。一般采用單級(jí)齒輪箱升速，這種結(jié)構(gòu)可以分別應(yīng)用在雙饋型與直驅(qū)型中。與直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，單級(jí)齒輪箱半直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有較佳的能量成本比，同時(shí)由于發(fā)電機(jī)的特殊設(shè)計(jì)，大大減輕了發(fā)電機(jī)的體積和重量，方便安裝和運(yùn)輸，具有較好的應(yīng)用前景。目前，失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已逐步被變槳變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組替代。在變槳變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，主流機(jī)型是雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其次是直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，半直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正在研制階段。并且風(fēng)電機(jī)組的主要發(fā)展方向是重量更輕，結(jié)構(gòu)更具有柔性,直接驅(qū)動(dòng)和變速恒頻等。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，以水平軸、上風(fēng)向、三葉片的升力型機(jī)組為主流的風(fēng)電機(jī)組30。1變槳距調(diào)節(jié)方式將會(huì)取代定槳距失速調(diào)節(jié)方式。變槳距調(diào)節(jié)能夠按最佳參數(shù)運(yùn)行，額定風(fēng)速以下具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，功率曲線飽滿；額定風(fēng)速以上功率輸出穩(wěn)定，不會(huì)造成發(fā)電機(jī)超負(fù)荷；較定距失速式整機(jī)受力狀況得到改善,而且年發(fā)電量大。2變速運(yùn)行方式將會(huì)取代恒速運(yùn)行方式變速運(yùn)行。在低風(fēng)速時(shí)能夠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)矩以使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，從而保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能；高風(fēng)速時(shí)能夠利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化存儲(chǔ)或釋放部分能量，從而提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使得功率輸出更加平穩(wěn)，以獲得最大功率。3直驅(qū)式的市場(chǎng)份額會(huì)越來(lái)越大。直接驅(qū)動(dòng)可省去齒輪箱，減少傳動(dòng)鏈能量損失、減少停機(jī)時(shí)間、發(fā)電成本和噪聲，降低了維護(hù)費(fèi)用，提高風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和可靠性。4風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)刷化可提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，提高發(fā)電效率。5大型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和小型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)并列發(fā)展。在開發(fā)大型機(jī)的同時(shí)還應(yīng)重視小型機(jī)。用于海洋作業(yè)時(shí)，景觀、噪聲等方面的問(wèn)題不突出，適于采用數(shù)MW的大型機(jī)組；當(dāng)受地形、系統(tǒng)等外部條件限制時(shí)，應(yīng)用小型機(jī)較有利。6并網(wǎng)大型化與離網(wǎng)分散化互補(bǔ)運(yùn)行。偏僻地區(qū)等電網(wǎng)較小，適用于離網(wǎng)分散型電力系統(tǒng)。表32風(fēng)力發(fā)電中常見(jiàn)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和性能比較第4章風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)作為對(duì)新型清潔能源的開發(fā)和利用，風(fēng)力發(fā)電近年來(lái)發(fā)展迅速，各大發(fā)電企業(yè)紛紛上馬風(fēng)電。特別是在沿海等風(fēng)能資源地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)的步伐不斷加快、規(guī)模不斷增大。風(fēng)電的大量并網(wǎng)，也給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)了一定的負(fù)面影響，風(fēng)能具有隨機(jī)變化的特性，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率與風(fēng)速的立方成正比，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率通常隨著風(fēng)速大幅快速變化。若將大量風(fēng)電接入電網(wǎng)，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，電能質(zhì)量下降，調(diào)度運(yùn)行復(fù)雜化。在某些情況下會(huì)成為制約風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的主要因素，甚至造成非常嚴(yán)重的事故。例如2011年2月24日清晨西北電網(wǎng)酒泉地區(qū)一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)單條饋線故障，導(dǎo)致該地區(qū)11個(gè)風(fēng)電場(chǎng)引發(fā)風(fēng)電機(jī)群發(fā)生大規(guī)模脫網(wǎng)事故。該事故是截止目前我國(guó)風(fēng)電事故中脫網(wǎng)規(guī)模最大的一次，損失出力達(dá)84043MW，西北主網(wǎng)頻率最低至49854HZ31。隨著大規(guī)模風(fēng)電的接入，風(fēng)電容量在系統(tǒng)中所占比例的增加，其對(duì)系統(tǒng)的影響將不能被忽視。風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、安全穩(wěn)定帶來(lái)諸多負(fù)面的影響，現(xiàn)如今風(fēng)力發(fā)電逐步的規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模不斷增大，風(fēng)電場(chǎng)注入功率的變化對(duì)電網(wǎng)的影響也同益顯著。為了更加充分的開發(fā)利用風(fēng)力資源，在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)之前，需要對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響做深入的研究分析，這對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行都有著重要意義。41風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的組成風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)群組成的風(fēng)電場(chǎng)A、升壓變電站B和輸電線路L組成的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，是將風(fēng)電電力通過(guò)PCC節(jié)點(diǎn)送入電力網(wǎng)絡(luò)，再提供給用戶，如圖41所示。PCC節(jié)點(diǎn)是風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)的連接點(diǎn)，又稱公共連接點(diǎn)。圖41風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的組成風(fēng)電相當(dāng)于“負(fù)”負(fù)荷，具有間歇性和隨機(jī)性。風(fēng)電在電網(wǎng)中的使用受到一定的限制，同時(shí)大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)增加了電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度的難度。42風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響風(fēng)電場(chǎng)向電網(wǎng)輸送電能時(shí)必須保證一定的電能質(zhì)量，通常電能質(zhì)量由頻率、電壓、諧波、閃變和三相不平衡度組成。并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)對(duì)于電網(wǎng)穩(wěn)定性的主要威脅一方面是風(fēng)速的波動(dòng)性和隨機(jī)性引起風(fēng)電場(chǎng)出力隨時(shí)間變化且難以預(yù)測(cè)，從而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電接入電力系統(tǒng)時(shí)存在安全隱患；另一方面是弱電網(wǎng)中風(fēng)電注入功率過(guò)高引起的電壓穩(wěn)定性降低。再者，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)瞬態(tài)故障下有可能會(huì)加劇電網(wǎng)故障，甚至引起局部電網(wǎng)崩潰。421對(duì)電網(wǎng)頻率和有功功率的影響風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的功率是隨著風(fēng)速隨即切入或退出電網(wǎng)的。假定在某時(shí)刻，電網(wǎng)中的部分負(fù)荷由切入風(fēng)電（）供電，常規(guī)電源總發(fā)電有功功率，WPGP則等量地減少至，如圖42（A）所示。如果此時(shí)無(wú)風(fēng)，風(fēng)電電力下降0GP到零，則由常規(guī)電源的旋轉(zhuǎn)備用（）供電，如圖42（B）所示。G是在常規(guī)發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的作用下調(diào)出的，這一過(guò)程伴隨電網(wǎng)的頻率G調(diào)整。為保證不間斷地給用戶供電，電網(wǎng)為風(fēng)電準(zhǔn)備的必須是旋轉(zhuǎn)備GP用的，由發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻功能實(shí)現(xiàn)17。圖42風(fēng)電場(chǎng)有功功率動(dòng)態(tài)平衡風(fēng)電切入、退出前后電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)頻率，可用下式計(jì)算，即（41）10FPKLGP（42）/00FPFFGN（43）1/0FPFFPKLLL（44）0GN式中、分別為與額定頻率對(duì)應(yīng)的發(fā)電有功功率和負(fù)荷有功0GPL0F功率；、分別為與頻率對(duì)應(yīng)的發(fā)電有功功率和負(fù)荷有功功率；F為所有常規(guī)發(fā)電機(jī)組額定有功之和，為電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用容量；GN0GNP為電網(wǎng)的頻率靜態(tài)特性系數(shù)，需要由、等系數(shù)計(jì)算求出；PKKL為常規(guī)發(fā)電機(jī)組的頻率靜態(tài)特性系數(shù)，與各發(fā)電機(jī)的調(diào)速特性有關(guān)；G為負(fù)荷頻率靜態(tài)特性系數(shù)，與所帶負(fù)荷類型有關(guān)，在13之間；為L(zhǎng)電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用系數(shù)。例如某電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用系數(shù)；常規(guī)發(fā)電機(jī)組頻率靜態(tài)特性系051數(shù)；負(fù)荷的頻率靜態(tài)特性系數(shù)，風(fēng)電所帶負(fù)荷功率為總410GKLK有功負(fù)荷的4（），計(jì)算無(wú)風(fēng)時(shí)風(fēng)電退出引起的頻率變化。P由計(jì)算結(jié)果可知，風(fēng)電退出后，電網(wǎng)頻率下降了0322，由50HZ下降到49839HZ/S。在頻率變化的同時(shí)，風(fēng)電切入或退出還將引起電網(wǎng)中線路功率的振蕩，這與風(fēng)電切入功率的大小、切入的速度、切入點(diǎn)的位置及所連設(shè)備的慣性常數(shù)有關(guān)。如果風(fēng)電切入點(diǎn)附近有相當(dāng)于風(fēng)電功率的負(fù)荷，這部分負(fù)荷就近吸收了風(fēng)電電力，則引起的功率振蕩就較?。蝗绻L(fēng)電切入點(diǎn)附近沒(méi)有多少負(fù)荷，風(fēng)電將根據(jù)潮流分配原理送到電網(wǎng)的其他地方，風(fēng)電電力能否暢通送出，輸電線路是否過(guò)載，是否會(huì)引起線路的功率振蕩，則要借助于電網(wǎng)潮流、暫態(tài)計(jì)算程序等進(jìn)行仿真分析計(jì)算。同時(shí)風(fēng)電并網(wǎng)在對(duì)系統(tǒng)的有功調(diào)度也會(huì)產(chǎn)生重要影響，與常規(guī)能源電廠相比，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率受風(fēng)速等氣象因素影響較大，輸出功率是不完全可控。然而電力系統(tǒng)制定發(fā)電計(jì)劃是基于電源的可靠性和負(fù)荷的可預(yù)測(cè)性，以往小規(guī)模風(fēng)電接入系統(tǒng)時(shí)，一般將風(fēng)電場(chǎng)作為負(fù)的負(fù)荷來(lái)處理，由于風(fēng)速引起的功率波動(dòng)在系統(tǒng)的容許范圍內(nèi)，擾動(dòng)被系統(tǒng)消納，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響較小。大規(guī)模風(fēng)電接入系統(tǒng)時(shí)，由風(fēng)速變化引起的功率波動(dòng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成嚴(yán)重影響甚至危及電網(wǎng)安全，必須對(duì)電網(wǎng)原有的運(yùn)行調(diào)度方式進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整以應(yīng)對(duì)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)供需平衡造成很大的影響，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，這就需要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)供需走勢(shì)，預(yù)測(cè)是實(shí)施供需平衡調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。供需差可能來(lái)源于負(fù)荷、潮流交換、間歇性電源等的變化。供需走勢(shì)的預(yù)測(cè)對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要。風(fēng)電預(yù)測(cè)直接關(guān)系到整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行成本和調(diào)度安全問(wèn)題，而目前的風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差為1015遠(yuǎn)高于負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差，遠(yuǎn)不能達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)預(yù)測(cè)精度的要求，給大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)很大隱患。同時(shí)需要足夠的系統(tǒng)調(diào)節(jié)平衡資源來(lái)提升系統(tǒng)應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力變化和不確定的能力，由于風(fēng)電出力變化和不確定，導(dǎo)致系統(tǒng)必須維持很高的系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源以作備用，降低了系統(tǒng)資源的利用率，否則系統(tǒng)將無(wú)法應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力變化和不確定性，影響系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。圖43大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后，調(diào)度系統(tǒng)在原有基礎(chǔ)上增加包括風(fēng)電預(yù)測(cè)、風(fēng)電場(chǎng)控制層、系統(tǒng)控制層等部分。風(fēng)電場(chǎng)控制層接收系統(tǒng)控制層的調(diào)度指令，并且接收每臺(tái)機(jī)組反饋的某一時(shí)段可以輸出的功率限值，風(fēng)電場(chǎng)控制層向風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的每臺(tái)機(jī)組下發(fā)控制指令其中包括有功功率、無(wú)功功率。系統(tǒng)控制層調(diào)度指令制定是基于風(fēng)電預(yù)測(cè)結(jié)果最優(yōu)決策方案，其中包括風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電計(jì)劃、常規(guī)能源電廠發(fā)電計(jì)劃以及系統(tǒng)有功備用分配等內(nèi)容。風(fēng)電預(yù)測(cè)根據(jù)時(shí)間尺度不同分為短期風(fēng)電預(yù)測(cè)（提供172H預(yù)測(cè)）和超短期風(fēng)電預(yù)測(cè)（提供15MIN4H預(yù)測(cè)），同時(shí)為提供可靠的風(fēng)電預(yù)測(cè)信息，風(fēng)電預(yù)測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP，NUMERICALWEATHERPREDICTION）、本地模型（LAM，LOCALAREAMODELS）、風(fēng)輸出功率預(yù)測(cè)和地區(qū)重構(gòu)。利用短期風(fēng)電預(yù)測(cè)和負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，制定滿足日前電量交易計(jì)劃的發(fā)電計(jì)劃，同時(shí)風(fēng)電和負(fù)荷的不確定性導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行中存在較大的偏差，并且目前日前計(jì)劃在實(shí)際執(zhí)行中受到各種約束條件影響，需要在實(shí)時(shí)調(diào)度中考慮這些約束進(jìn)行動(dòng)態(tài)有功優(yōu)化。電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)有功優(yōu)化調(diào)度，一般由日前調(diào)度、實(shí)時(shí)調(diào)度和自動(dòng)控制AGC，AUTOMATICGENERATIONCONTROL組成。風(fēng)電有功調(diào)度與控制的關(guān)鍵是如何合理調(diào)動(dòng)相關(guān)非風(fēng)電機(jī)組的協(xié)調(diào)配合作用，協(xié)調(diào)配合的過(guò)程需要與現(xiàn)有調(diào)度周期相接軌，能夠通過(guò)適當(dāng)技術(shù)手段調(diào)動(dòng)出一定數(shù)量的常規(guī)能源機(jī)組。對(duì)于大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)存在較大的峰谷差，風(fēng)電在10MIN左右可能從零升到額定值，或從額定值降到零，這就需要調(diào)用系統(tǒng)中常規(guī)能源機(jī)組對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)高幅值功率波動(dòng)協(xié)調(diào)控制。圖44風(fēng)電并網(wǎng)后有功控制結(jié)構(gòu)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后有功控制分為兩級(jí)控制，在線調(diào)度控制與自動(dòng)發(fā)電控制AGC，此前在風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上安排發(fā)電計(jì)劃和調(diào)度任務(wù)，超短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)精度較高，則可以在前期的調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行再校正以減少系統(tǒng)中彌補(bǔ)有功供需不平衡的平衡容量，同時(shí)充分利用風(fēng)電場(chǎng)有功備用與系統(tǒng)中可調(diào)機(jī)組中有功備用執(zhí)行系統(tǒng)二次調(diào)頻，保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定和正常的聯(lián)絡(luò)線交換功率。在線調(diào)度控制周期內(nèi)，借助系統(tǒng)中常規(guī)能源機(jī)組的配合對(duì)預(yù)調(diào)度周期內(nèi)的調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行再校正；在自動(dòng)控制時(shí)間級(jí)內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)AGC機(jī)組的實(shí)時(shí)偏差控制對(duì)在線調(diào)度計(jì)劃外的功率波動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)通過(guò)系統(tǒng)中在線調(diào)度常規(guī)能源電廠的可調(diào)機(jī)組和部分可控風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行出力調(diào)整，使主調(diào)AGC機(jī)組保持最大調(diào)節(jié)容量，跟蹤風(fēng)電功率變化，并足以應(yīng)對(duì)風(fēng)電預(yù)測(cè)偏差對(duì)系統(tǒng)造成的影響。從電力系統(tǒng)獲取調(diào)節(jié)資源的角度考慮，對(duì)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)資源進(jìn)行劃分，首先調(diào)用地區(qū)電網(wǎng)中的優(yōu)勢(shì)資源，將風(fēng)電產(chǎn)生的擾動(dòng)消納；無(wú)法有效消納擾動(dòng)時(shí)，則將啟用其他地區(qū)甚至全網(wǎng)資源將風(fēng)電擾動(dòng)進(jìn)行跨地區(qū)或者全網(wǎng)消納。422對(duì)電網(wǎng)電壓和無(wú)功功率的影響風(fēng)電的間歇性和隨機(jī)性，不僅表現(xiàn)在對(duì)頻率和有功的影響，還表現(xiàn)在對(duì)電壓和無(wú)功的影響。無(wú)功和電壓變化的原因是在有功變化的同時(shí)，線路和變壓器的無(wú)功損耗大幅度變化。線路的電壓降也隨之變化，并影響電網(wǎng)母線的電壓水平，產(chǎn)生電壓偏差。電壓偏差問(wèn)題屬于電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)問(wèn)題。大幅度波動(dòng)的風(fēng)速引起風(fēng)電機(jī)組出力波動(dòng)較大，所以風(fēng)電功率的波動(dòng)導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)某些節(jié)點(diǎn)電壓偏差超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。這種情況下可以采取在風(fēng)電場(chǎng)裝設(shè)一定的無(wú)功補(bǔ)償裝置或切除部分風(fēng)電機(jī)組等措施，來(lái)改善電壓水平或使注人電網(wǎng)的風(fēng)電功率減少，進(jìn)而減緩風(fēng)電注入對(duì)系統(tǒng)的影響。另外，加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、采用具有電壓無(wú)功控制能力的雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組，都可以更好地改善風(fēng)電接入地區(qū)電網(wǎng)的電壓水平與電壓穩(wěn)定性。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，在風(fēng)電功率波動(dòng)大、無(wú)功需求量大且變化相對(duì)較快時(shí)。單依靠電容器組快速投切不能滿足控制的要求，這時(shí)就需要在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)安裝能夠在風(fēng)速波動(dòng)時(shí)提供快速的無(wú)功支撐，有利于電網(wǎng)和風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功電壓調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，文獻(xiàn)3233對(duì)無(wú)功控制的方法進(jìn)行了研究。在一定的條件下，有功功率可以長(zhǎng)距離傳輸，但無(wú)功功率則應(yīng)采取就地平衡的辦法，因?yàn)闊o(wú)功功率長(zhǎng)距離輸送的損耗很大，受端所剩無(wú)功很少，受端電壓偏差也可能超過(guò)規(guī)程允許的范圍。大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)無(wú)功功率的需求是導(dǎo)致電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性降低的主要原因。目前，風(fēng)力發(fā)電多采用異步發(fā)電機(jī)它需要外部系統(tǒng)提供無(wú)功支持，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)容量大，無(wú)功控制能力不足時(shí)，易影響電壓的穩(wěn)定性。靜態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題研究表明,一方面風(fēng)電場(chǎng)的有功出力使負(fù)荷特性極限功率增大，增強(qiáng)了靜態(tài)電壓穩(wěn)定性；另一方面風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功需求使負(fù)荷特性的極限功率減少，降低了靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。由于風(fēng)電場(chǎng)大多采用異步發(fā)電機(jī)，變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)在向電網(wǎng)注入功率的同時(shí)需要從電網(wǎng)吸收大量的無(wú)功功率，風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功仍可看作是一個(gè)正的無(wú)功負(fù)荷，因此風(fēng)電場(chǎng)可能引起電壓穩(wěn)定性降低或電壓崩潰現(xiàn)象。但只要系統(tǒng)的無(wú)功供給足夠多，則整體上可以認(rèn)為風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)增強(qiáng)了系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。也就是說(shuō)，風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響可以是正面的也可以是負(fù)面的，它跟風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)密切相關(guān)。暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題通常認(rèn)為，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)引起的電壓穩(wěn)定性問(wèn)題屬于動(dòng)態(tài)范疇,因此很多文獻(xiàn)都是圍繞暫態(tài)電壓穩(wěn)定性展開的。影響暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的因素很多，一般說(shuō)來(lái)有如下幾部分。1電網(wǎng)的強(qiáng)弱；2風(fēng)機(jī)的類型定速風(fēng)機(jī)采用的普通感應(yīng)發(fā)電機(jī)常為鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)的一個(gè)特性就是減緩故障后的電壓恢復(fù)，如果接入弱電網(wǎng)易導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定和轉(zhuǎn)于轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。變速風(fēng)機(jī)是通過(guò)逆變器與電網(wǎng)連接的，減少了風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，而且故障后的電壓恢復(fù)也較快，但是故障發(fā)生時(shí)，變速風(fēng)機(jī)為保護(hù)逆變器而從電網(wǎng)中斷開，這樣會(huì)甩掉大量的風(fēng)電，帶來(lái)更大的負(fù)面影響。3風(fēng)機(jī)氣動(dòng)功率調(diào)節(jié)技術(shù)。4風(fēng)電的穿透功率水平；5無(wú)功補(bǔ)償。和電壓穩(wěn)定相關(guān)很直接的一個(gè)因素就是無(wú)功補(bǔ)償，尤其是對(duì)帶有普通異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電34。423對(duì)電網(wǎng)諧波、閃變和電壓波動(dòng)的影響諧波是電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。一個(gè)理想的電網(wǎng)是以單一恒定頻率（50HZ）與額定幅值的穩(wěn)定電壓供電的。近年來(lái)，隨著在電網(wǎng)中大功率變流設(shè)備和調(diào)壓裝置的利用、高壓直流輸電的應(yīng)用、大量非線性負(fù)荷的出現(xiàn)以及供電系統(tǒng)本身存在的非線性元件，使電網(wǎng)中的電壓波形畸變?cè)絹?lái)越嚴(yán)重，對(duì)電網(wǎng)造成了很大的危害。供電系統(tǒng)中的元件損耗增大，用電設(shè)備的使用壽命降低，干擾通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。嚴(yán)重時(shí)，甚至還能使設(shè)備損壞，自動(dòng)控制失靈，繼電保護(hù)誤動(dòng)作，因而造成停電事故等及其他問(wèn)題。不論何種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，諧波電流的主要來(lái)源是發(fā)電機(jī)組中的電力電子元件。對(duì)于恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，在持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有電力電子元件的參與，因而也沒(méi)有諧波電流的產(chǎn)生。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行投入操作時(shí)，軟并網(wǎng)裝置處于工作狀態(tài)，將產(chǎn)生部分諧波電流，但由于投入過(guò)程持續(xù)時(shí)間很短，這時(shí)的諧波電流注入實(shí)際上是可以忽略的。需要考慮諧波干擾的是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在運(yùn)行過(guò)程中機(jī)組的變流器始終處于工作狀態(tài)，諧波電流的大小與機(jī)組的輸出功率有關(guān)，也就是與風(fēng)速的大小有關(guān)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以看作諧波源，其自身特性會(huì)影響可能產(chǎn)生的諧波分量，此外，電網(wǎng)的強(qiáng)弱也是影響諧波成分的因素。相同的諧波源，接入弱電網(wǎng)的諧波問(wèn)題比接入較強(qiáng)的電網(wǎng)更嚴(yán)重。適于建設(shè)大型風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行就有可能對(duì)其所接入系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成影響。與電壓閃變問(wèn)題相比，風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)的諧波問(wèn)題不是很嚴(yán)重。風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響程度，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型、控制方式、風(fēng)電場(chǎng)布置、所接入系統(tǒng)的短路容量及線路參數(shù)等因素有關(guān)。如果已知上述參數(shù)，則可以進(jìn)行仿真分析，計(jì)算出由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)所產(chǎn)生的諧波分量，并用標(biāo)準(zhǔn)要求的限制值衡量是否超標(biāo)。如不滿足要求，則應(yīng)采取相應(yīng)的措施。電壓波動(dòng)和閃變，簡(jiǎn)稱閃變。電壓波動(dòng)是指電壓均方根值的脈動(dòng)或連續(xù)的變化。電壓變動(dòng)是指電壓變動(dòng)特性DT在時(shí)間軸上相鄰兩個(gè)電壓極值之差，電壓變動(dòng)的頻度R是單位時(shí)間內(nèi)電壓變動(dòng)的次數(shù)。產(chǎn)生閃變的原因是由波動(dòng)負(fù)荷（風(fēng)電可看作負(fù)的波動(dòng)負(fù)荷）引起的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行引起的電壓波動(dòng)，源于其脈動(dòng)的功率輸出，主要取決于風(fēng)的湍流強(qiáng)度、風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)和偏航等因素。對(duì)于三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，其周期性功率波動(dòng)的頻率為三倍的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)頻率，也就是常說(shuō)的3P頻率。3P頻率范圍通常為12HZ，該頻率下的功率脈動(dòng)占總的平均功率的比例較小。當(dāng)多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)，將對(duì)輸出功率的脈動(dòng)產(chǎn)生平滑作用。脈動(dòng)幅度有所降低，但多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)將向電網(wǎng)輸入更多的風(fēng)電功率，由此引起的電壓波動(dòng)幅值會(huì)更大。變速恒頻型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組引起的這種周期性的電壓波動(dòng)幅值要小得多，這得益于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制效果。由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的12HZ的周期性電壓波動(dòng)，正好位于人眼對(duì)燈光強(qiáng)度變動(dòng)最敏感的頻率范圍內(nèi)，由此可能引起閃變問(wèn)題。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組引起的閃變問(wèn)題相對(duì)較為嚴(yán)重，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組引起的閃變強(qiáng)度只相當(dāng)于恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的四分之一。影響風(fēng)力發(fā)電引起的電壓波動(dòng)和閃變的因素很多，如風(fēng)況（平均風(fēng)速和湍流強(qiáng)度等）、風(fēng)電機(jī)組類型、控制系統(tǒng)（槳距和速度控制等）和電網(wǎng)狀況（風(fēng)電機(jī)組公共連接點(diǎn)的短路容量、電網(wǎng)線路X/R比和公共連接點(diǎn)所連接的負(fù)荷特性）等。風(fēng)況對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)和閃變影響很大，尤其是平均風(fēng)速和湍流強(qiáng)度。隨著風(fēng)速的增大，風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變也不斷增大。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速并持續(xù)增大時(shí)，恒速風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變繼續(xù)增大，而變速風(fēng)電機(jī)組因?yàn)槟軌蚱交敵龉β实牟▌?dòng)，產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變卻開始減小35。湍流強(qiáng)度對(duì)電壓波動(dòng)和閃變的影響較大，兩者幾乎成正比例增長(zhǎng)關(guān)系3637。并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組類型和控制系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的電能質(zhì)量影響很大。例如，恒速風(fēng)電機(jī)組對(duì)P和3P頻率比較敏感，會(huì)產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)和閃變；但變速風(fēng)電機(jī)組卻可以減輕3P頻率的影響35，變速風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變水平遠(yuǎn)低于恒速風(fēng)電機(jī)組，幾乎是恒速風(fēng)電機(jī)組的1/436。并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組公共連接點(diǎn)短路比和電網(wǎng)線路X/R比是影響風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)和閃變的重要因素。風(fēng)電機(jī)組公共連接點(diǎn)短路比越大，風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)和閃變?cè)叫　：线m的X/R比可以使有功功率引起的電壓波動(dòng)被無(wú)功功率引起的電壓波動(dòng)補(bǔ)償?shù)?，從而使整個(gè)平均閃變值有所減輕。研究表明當(dāng)線路X/R比很小時(shí)，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)和閃變很大。當(dāng)線路X/R比對(duì)應(yīng)的線路阻抗角為6070時(shí)，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)和閃變最小。并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組在啟動(dòng)、停止和發(fā)電機(jī)切換過(guò)程中也產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變。文獻(xiàn)38分別計(jì)算了恒速定槳距和恒速變槳距風(fēng)電機(jī)組在切換操作過(guò)程中產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變，并與持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變作了比較。由于啟動(dòng)時(shí)無(wú)法控制葉輪轉(zhuǎn)矩，而持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中的功率波動(dòng)較小，所以恒速定槳距風(fēng)電機(jī)組在切換操作過(guò)程中產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變要比持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變大。對(duì)于恒速變槳距風(fēng)電機(jī)組，結(jié)論是相反的。在塔影、風(fēng)剪切和有限的槳距調(diào)節(jié)范圍的聯(lián)合作用下，恒速變槳距風(fēng)電機(jī)組持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中的功率波動(dòng)幅值非常大，從而產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)和閃變；而恒速變槳距風(fēng)電機(jī)組可以控制葉輪轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變比較小。43風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)例風(fēng)電場(chǎng)是在風(fēng)能資源較好的地區(qū)安裝幾臺(tái)、幾十臺(tái)甚至成百上千臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，并按照一定的布局方式，形成風(fēng)電機(jī)組群。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)變壓器、集成電路和風(fēng)電場(chǎng)升壓變電所輸送到電網(wǎng)系統(tǒng)。風(fēng)電場(chǎng)是一種大規(guī)模利用風(fēng)能的有效方式，其效果圖如圖45所示。20世紀(jì)70年代末，風(fēng)電場(chǎng)的概念首先由美國(guó)提出。到1987年世界上90以上的風(fēng)電場(chǎng)建在美國(guó)，主要分布在加利福尼亞州及夏威夷群島，裝有7000多臺(tái)不同型號(hào)的風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量在60萬(wàn)KW以上。歐洲的丹麥、荷蘭、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)也都有總裝機(jī)容量達(dá)兆瓦級(jí)以上的風(fēng)電場(chǎng)。截至2009年底，全球的風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到了159億KW，其中美國(guó)最多，為3516萬(wàn)KW，其次是中國(guó)，為2601萬(wàn)KW，德國(guó)排在第三位，為2578萬(wàn)KW。西班牙和印度分別位于第四位和第五位，中國(guó)新增裝機(jī)容量達(dá)到了1380萬(wàn)KW，是世界上風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)最多的國(guó)家12。圖45大型風(fēng)電場(chǎng)效果圖甘肅酒泉是全國(guó)較早開始開發(fā)風(fēng)電的地區(qū)之一，根據(jù)甘肅酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地規(guī)劃報(bào)告，到2010年酒泉地區(qū)總裝機(jī)容量將達(dá)到516萬(wàn)KW,其中瓜州405萬(wàn)KW，玉門111萬(wàn)KW；2015年酒泉地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到1271萬(wàn)KW，其中了那個(gè)瓜州640萬(wàn)KW、馬鬃山400萬(wàn)KW、玉門231萬(wàn)KW；2020年酒泉地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量超過(guò)2000萬(wàn)KW，建成甘肅“陸上三峽”。截至2009年底，甘肅酒泉地區(qū)已投產(chǎn)發(fā)電的風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到7051萬(wàn)KW，在建或已經(jīng)核準(zhǔn)的風(fēng)電裝機(jī)容量為4455萬(wàn)KW。圖46酒泉風(fēng)電基地規(guī)劃方案酒泉風(fēng)電基地的主要特點(diǎn)1、裝機(jī)總規(guī)模巨大酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地是世界上最大的風(fēng)電基地，僅考慮已經(jīng)批復(fù)規(guī)劃的2015年1271萬(wàn)KW的風(fēng)電建設(shè)規(guī)模，就已經(jīng)超過(guò)了2008年全國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘?，遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)規(guī)模更是高達(dá)3000萬(wàn)KW。2、布局集中，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心酒泉風(fēng)電基地的風(fēng)能開發(fā)利用主要集中玉門、瓜州、馬鬃山三個(gè)區(qū)域內(nèi)，其中玉門風(fēng)電群距離蘭州負(fù)荷中心的平均距離約為900KM，瓜州風(fēng)電群距離蘭州負(fù)荷中心的平均距離約為1000KM，馬鬃山風(fēng)電群距離蘭州負(fù)荷中心的平均距離約為1100KM，整個(gè)酒泉風(fēng)電群距離蘭州負(fù)荷中心的平均距離約為1000KM，如果考慮在西北地區(qū)內(nèi)消納風(fēng)電，距離負(fù)荷中心的平均距離更遠(yuǎn)，距離負(fù)荷中心1000KM以上是目前已知的全世界距離最遠(yuǎn)的風(fēng)電場(chǎng)。考慮2015年1271萬(wàn)KW風(fēng)電必須在全國(guó)電力市場(chǎng)消納，其距離負(fù)荷中心的距離更遠(yuǎn)。3、送出工程電壓等級(jí)最高、建設(shè)規(guī)模最大為了滿足2010年建成投產(chǎn)的516萬(wàn)KW風(fēng)電的送出需要，2009年初開工建設(shè)的酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)基地配套電網(wǎng)工程750KV武勝金昌酒泉安西輸變電工程，建設(shè)規(guī)模為750KV雙回輸電線路為2848KM，變電容量840萬(wàn)KVA，風(fēng)電送出工程總投資約90億元12。甘肅酒泉風(fēng)電基地所有風(fēng)電項(xiàng)目直接或間接通過(guò)750KV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)，考慮2015年1271萬(wàn)KW風(fēng)電必須在全國(guó)電力市場(chǎng)消納，需要建設(shè)電壓等級(jí)更高的特高壓直流輸電工程。甘肅酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電的接入系統(tǒng)電壓等級(jí)世界最高，送出工程建設(shè)規(guī)模和投資世界最大。酒泉風(fēng)電基地突破了電力負(fù)荷就近消納的傳統(tǒng)發(fā)展模式，大部分需要通過(guò)330KV電壓等級(jí)匯集到750KV變電所，幾乎所有電力電量需要通過(guò)750KV及更高電壓等級(jí)的電網(wǎng)送到較遠(yuǎn)的負(fù)荷中心。風(fēng)電匯集接入系統(tǒng)及送出是酒泉千萬(wàn)風(fēng)電基地的主要特點(diǎn)，也是酒泉風(fēng)電基地成功與否的關(guān)鍵。酒泉地區(qū)已投產(chǎn)發(fā)電的7051萬(wàn)KW主要通過(guò)110KV電壓等級(jí)接入330KV電網(wǎng)送出，2008年特許權(quán)中標(biāo)的風(fēng)電場(chǎng)均以23個(gè)打捆接入330KV升壓變電所，再以I回330KV電壓等級(jí)線路送入750KV安西變電所或就近接入附近330KV電網(wǎng)的方式接入電網(wǎng)。其余項(xiàng)目主要以110KV電壓等級(jí)匯入330KV變電所接入系統(tǒng)，然后接入750電壓等級(jí)送出。圖47330KV瓜州變電站圖48河西750KV變電工程為滿足風(fēng)電送出，2010年將建成瓜州酒泉金昌武勝雙回750KV輸電線路。2015年建設(shè)橋?yàn)尘迫狪回750KV線路，線路長(zhǎng)度為200KM，建設(shè)橋?yàn)嘲参?回750KV線路，線路長(zhǎng)度為160KM。建設(shè)酒泉張掖開關(guān)站I回750KV線路，線路長(zhǎng)度為190KM。另外還需要建設(shè)酒泉至東部地區(qū)的800KV直流輸電工程，建設(shè)規(guī)模為輸電線路長(zhǎng)度超過(guò)2500公里，以滿足電力送出的需要。如此大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)，在國(guó)際上史無(wú)前例。但同時(shí)我們也應(yīng)該冷靜地看到可能面臨的巨大挑戰(zhàn)，以促進(jìn)甘肅酒泉“陸上三峽”工程健康發(fā)展。由于風(fēng)力發(fā)電和常規(guī)電源存在巨大的差異，難以承擔(dān)常規(guī)電源在電力系統(tǒng)中的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓和備用等方面的作用，而且存在一些影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素，有很多問(wèn)題需要我們?nèi)パ芯亢徒鉀Q。（1）輸送能力問(wèn)題甘肅河西電網(wǎng)主網(wǎng)架電壓等級(jí)為330KV，電網(wǎng)西起330KV瓜州變電所，東到330KV永