-----WORD格式--可編輯--專業(yè)資料-------完整版學(xué)習(xí)資料分享----淺談智能電網(wǎng)在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的應(yīng)用摘要：風(fēng)力發(fā)電等分布式新能源得到廣泛開發(fā)利用，但是其并網(wǎng)等技術(shù)問題一直是阻礙其進一步發(fā)展的障礙。本文介紹了在風(fēng)力發(fā)電可依賴智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)其并網(wǎng)。同時，本文還介紹了智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施及支撐平臺等相關(guān)技術(shù)以及支撐風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電并網(wǎng)的微網(wǎng)技術(shù)。關(guān)鍵字：風(fēng)力發(fā)電；智能電網(wǎng)；并網(wǎng)技術(shù)；微網(wǎng)0引言隨著傳統(tǒng)電網(wǎng)在能源利用效率、環(huán)保性等方面的問題日益比較突出。新能源作為清潔能源逐漸被人們所重視，并被大量建設(shè)。其中，風(fēng)力發(fā)電作為新能源之一，在我國以及世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。基于風(fēng)力發(fā)電等新能源構(gòu)建的大量分布式發(fā)電設(shè)施也將被引入電網(wǎng)系統(tǒng)，電力的供應(yīng)將多元化；同時電力終端的用電模型也將變得更加彈性。由于風(fēng)力發(fā)電作為可分布式的再生能源，其本身具有的不穩(wěn)定性，給傳統(tǒng)配電網(wǎng)的電壓、電能質(zhì)量、繼電保護等方面帶來了諸多不利影響［1-2］。隨著現(xiàn)代通信、計算、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)運用領(lǐng)域的不斷開拓，信息與能源技術(shù)的結(jié)合已然成為一種發(fā)展的必然趨勢，利用先進的信息技術(shù)，提升能源管理水平，實現(xiàn)能源進一步的精密化調(diào)控。在這種背景下智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運而生[3]。1風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)方式及存在的問題1.1風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)方式目前，國內(nèi)外的風(fēng)力發(fā)電大多是以風(fēng)電場形式大規(guī)模集中接入電網(wǎng)?？紤]到不同的風(fēng)力發(fā)電機組工作原理不同，因此其并網(wǎng)方式也有區(qū)別。國內(nèi)風(fēng)電場常用機型主要包括異步風(fēng)力發(fā)電機、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機、直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機、高壓同步發(fā)電機等。同步風(fēng)力發(fā)電機的主要并網(wǎng)方式是準同步和自同步并網(wǎng)；異步風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)方式主要有直接并網(wǎng)、降壓并網(wǎng)、準同期并網(wǎng)和晶閘管軟并網(wǎng)等［4］。各種并網(wǎng)方式都有其自身的優(yōu)缺點，根據(jù)實際所采用的風(fēng)電機組類型和具體并網(wǎng)要求選擇最恰當?shù)牟⒕W(wǎng)方式，可以減小風(fēng)電機組并網(wǎng)時對電網(wǎng)的沖擊，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。1.2風(fēng)力發(fā)電目前存在的并網(wǎng)問題1.2.1有功功率控制電力系統(tǒng)每時每刻都要保持發(fā)電與用電的基本平衡，保持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。風(fēng)電場輸出功率的波動對系統(tǒng)的功率平衡、電能質(zhì)量帶來一定的影響。風(fēng)電場連續(xù)運行和起停過程必須具有控制有功功率的能力，一方面控制功率變化率；另一方面根據(jù)電網(wǎng)需要限制風(fēng)電場輸出功率。1.2.2無功/電壓控制電力系統(tǒng)一般通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)的無功設(shè)備來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓來避免較大的電壓偏差及電壓失穩(wěn)問題。風(fēng)電場作為系統(tǒng)的一種電源、要參與系統(tǒng)的無功調(diào)整及電壓控制。對風(fēng)電場無功功率的要求是通過風(fēng)電場的功率因數(shù)范圍來規(guī)定的。1.2.3頻率控制電力系統(tǒng)通過一次調(diào)頻和二次調(diào)頻來維持系統(tǒng)的功率平衡和頻率穩(wěn)定。一般情況下，系統(tǒng)頻率在很小的范圍內(nèi)波動，而風(fēng)電場輸出功率在較大范圍內(nèi)波動，因此大量風(fēng)電的接入會給系統(tǒng)頻率調(diào)整帶來一定的影響。而系統(tǒng)頻率的變化又會給風(fēng)電機組的運行帶來影響，各并網(wǎng)導(dǎo)則都要求風(fēng)電機組能夠在一定的頻率范圍內(nèi)正常運行。當頻率超過一定范圍后，限制出力運行或延遲一定時間后退出運行可以維護系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。1.2.4低電壓穿越低電壓穿越LVRT（LowVoltageRideThrough）是當電網(wǎng)故障或擾動引起的風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓跌落時，在一定電壓跌落范圍內(nèi)，風(fēng)電機組能夠不間斷并網(wǎng)運行。當電網(wǎng)出現(xiàn)電壓突降時，不具備低電壓穿越能力的風(fēng)力發(fā)電機組切機將對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行造成巨大影響。風(fēng)力發(fā)電機組是否具備低電壓穿越能力會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行、風(fēng)機本身壽命及運行維護成本產(chǎn)生影響。2智能電網(wǎng)的應(yīng)用我國的風(fēng)電資源主要集中在西北部地區(qū)，而我國電力需求較大的地區(qū)則集中在中東部，因此造成我國的新能源電力必然經(jīng)過遠距離傳輸才能到達負荷區(qū)．這就要求電網(wǎng)必須在全國范圍內(nèi)對新能源發(fā)電進行優(yōu)化配置。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要特點在于其能源供應(yīng)的間歇性，因此會造成發(fā)電輸出電壓、頻率的波動。而這種波動性在接入電網(wǎng)后會對電網(wǎng)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。目前已通過在風(fēng)力發(fā)電機和電網(wǎng)之間加入變流器、逆變器及電容器組合等電力電子器件，實現(xiàn)對電壓抖動、頻率抖動、無功補償和有功輸出等發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的控制。而解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的輸出不穩(wěn)定問題，依賴于是否能及時獲取負荷和風(fēng)場發(fā)電的實時數(shù)據(jù)，因此需要智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)的支撐[5]。2.1智能電網(wǎng)的特點智能電網(wǎng)基于實時性較高的測量通信系統(tǒng)，可以通過實時控制來達到發(fā)電負荷平衡，從而可以減少熱備用，并且提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和可靠性的同時提高設(shè)備利用率。智能電網(wǎng)需要解決傳統(tǒng)電網(wǎng)信息系統(tǒng)在信息采集、傳輸、處理和共享等多方面的瓶頸，而這些問題的解決則依賴于正在逐漸發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)涵蓋從傳感器網(wǎng)絡(luò)至上層應(yīng)用系統(tǒng)之間的物理狀態(tài)感知、信息表示、信息傳輸和信息處理，在智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系中的通信、安全及上層應(yīng)用等各個方面將起到重要作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使得電力系統(tǒng)從一個相對封閉自給的控制系統(tǒng)融入計算機數(shù)字環(huán)境中，在提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的同時，使得風(fēng)能等新能源方便地融入智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)，統(tǒng)一進行規(guī)劃與調(diào)度[6]。2.1.1電力系統(tǒng)量測控制設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)（1）電力系統(tǒng)量測設(shè)備電力系統(tǒng)量測設(shè)備是構(gòu)建智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)的實現(xiàn)依賴于傳感器的應(yīng)用和部署，電網(wǎng)運行維護量測系統(tǒng)主要用于采集電力系統(tǒng)單元，常用的如SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系統(tǒng)的遠程終端裝置RTU[7](RemoteTerminalUnit)和WAMS(WideAreaMeasurementSystem)系統(tǒng)中的PMU[8]（PhasormeasurementUnit）。RTU單元具有量測、通信、控制等多種功能，該量測單元被廣泛應(yīng)用于能量管理系統(tǒng)EMS（EnergyManagementSystem）中，但其主要不足是數(shù)據(jù)采樣頻率較低，無法及時獲取電網(wǎng)運行的動態(tài)信息；各RTU單元無同步時鐘，獲取到的數(shù)據(jù)不同步．相對于RTU單元，PMU增加了相角測量；具備GPS授時單元，測量精度更高。（2）電力系統(tǒng)控制設(shè)備電力系統(tǒng)控制設(shè)備是實現(xiàn)智能電網(wǎng)目標的載體，電網(wǎng)系統(tǒng)的主要工作參數(shù)是頻率、電壓、相位、有功功率、無功功率。為實現(xiàn)對以上參數(shù)的控制，電網(wǎng)系統(tǒng)的控制對象包括各級發(fā)電單元、輸變電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)。主要控制設(shè)備有RTU單元及各種智能電子設(shè)備IED（IntelligentElectronicDevice）。（3）電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。智能電網(wǎng)中的廣域量測系統(tǒng)WAMS、廣域保護系統(tǒng)WAPS（WideAreaProtectionSystem）、廣域控制系統(tǒng)WACS（WideAreaControlSystem）等都依賴于通信構(gòu)架[6]。2.1.2智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)支撐平臺（1）傳感量測系統(tǒng)智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)傳感與量測的主要功能是在量測設(shè)備的基礎(chǔ)上進行信息采集和匯聚，為上層的數(shù)據(jù)存儲、計算、分析和決策奠定基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)量測系統(tǒng)是智能電網(wǎng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的采集功能。已有的量測系統(tǒng)：SCADA系統(tǒng)、WAMS系統(tǒng)和AMI（AdvancedMeteringInfrastructure）系統(tǒng)三類。其中SCADA系統(tǒng)和WAMS系統(tǒng)完成對電力狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集。（2）數(shù)據(jù)表示與存儲系統(tǒng)1）智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)表示描述電網(wǎng)系統(tǒng)本身、統(tǒng)一管理這些電力系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)信息網(wǎng)的關(guān)鍵之一。電網(wǎng)系統(tǒng)的表示包括電力系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)的定義、設(shè)備的描述、設(shè)備間關(guān)聯(lián)關(guān)系的表述、通信模型的表述等多方面內(nèi)容。2）智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲模型智能電網(wǎng)具有可靠性高和數(shù)據(jù)大的特點，這要求智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲必須設(shè)置必要的冗余和備份機制；同時，電網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲模型必須滿足快速查找和快速處理；而智能電網(wǎng)本身應(yīng)用多樣，不同應(yīng)用實時性要求也不相同，由此智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲也可分為在線數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)兩種模式[6]。（3）分析與決策系統(tǒng)智能電網(wǎng)投入實際運行后，面臨的另一個巨大挑戰(zhàn)就是海量數(shù)據(jù)的處理能力。智能電網(wǎng)穩(wěn)定運行監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用需要海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)的支撐。它根據(jù)量測系統(tǒng)獲取到的數(shù)據(jù)進行動態(tài)安全評估DSA(DynamicSecurityAssessment)，保證電網(wǎng)運行穩(wěn)定，以及電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后恢復(fù)系統(tǒng)。該類應(yīng)用多與微網(wǎng)系統(tǒng)相結(jié)合，考慮風(fēng)能等新能源接入后分散發(fā)電資源的利用問題。（4）控制與執(zhí)行系統(tǒng)智能電網(wǎng)包括分布式新能源的接入和使用以及電能的發(fā)、輸、變、配、用等５個環(huán)節(jié)，所以其控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的廠站式控制系統(tǒng)上加入了額外的分布式能源發(fā)電DPGS（DistributedPowerGenerationSystems）控制系統(tǒng)，總體構(gòu)架如圖1所示．從系統(tǒng)構(gòu)架上來看，分散策略指將大電網(wǎng)按區(qū)域劃分，每個區(qū)域有自己的控制中心，控制中心之間通過共享數(shù)據(jù)實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。圖1智能控制執(zhí)行系統(tǒng)2.1.3智能電網(wǎng)的調(diào)度方法能量管理系統(tǒng)EMS是將計算機技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的典型系統(tǒng)，其核心是調(diào)度自動化，主要面向發(fā)電和輸電系統(tǒng)．但傳統(tǒng)的EMS系統(tǒng)存在故障的處理速度慢；且不具有在線穩(wěn)定監(jiān)視以及預(yù)測功能，其采集系統(tǒng)多基于SCADA，實時性不高，造成能量調(diào)度不及時。而基于PMU的WAMS系統(tǒng)則可較好解決這一問題，但由于成本及技術(shù)限制，短期內(nèi)SCADA系統(tǒng)和WAMS系統(tǒng)會共同存在．目前電網(wǎng)調(diào)度管理的負荷建模方法可歸納為統(tǒng)計綜合法和總體測辨法兩類。統(tǒng)計綜合法是對電力系統(tǒng)中的典型負荷進行數(shù)學(xué)建模的一種離線方法。而總體測辨法是將所有負荷看成一個整體，通過對系統(tǒng)在不同輸入下響應(yīng)結(jié)果的量測，從而估計負荷模型的參數(shù)的一種實時建模方法。基于實時測量數(shù)據(jù)的總體測辨法能夠更精確地表現(xiàn)電力負荷的特點[10]，在風(fēng)電并網(wǎng)中更能準確的描述出并網(wǎng)過程中負荷的變化，使風(fēng)力發(fā)電在遭遇環(huán)境或事故時，能夠有效減少對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響。但是總體測辨法建立負荷模型離不開風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)電并網(wǎng)端現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，而快速取得大量準確數(shù)據(jù)有賴于量測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及通訊網(wǎng)絡(luò)等智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施及其支撐平臺。2.2微網(wǎng)技術(shù)隨著風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電的廣泛接入，分布式發(fā)電系統(tǒng)DGS（DistributedGenerationSystem）可以更好實現(xiàn)能源需求和環(huán)境保護之間的平衡，提高能源利用的效率和能源供應(yīng)的可靠性[11]。目前，是將DGS系統(tǒng)和相應(yīng)的負荷看成一個可獨立運行的子系統(tǒng)，即微網(wǎng)。分級控制模式[12]是微網(wǎng)技術(shù)中較為成熟的一種控制結(jié)構(gòu)，整個微網(wǎng)系統(tǒng)作為主干電網(wǎng)的一個子系統(tǒng)，由位于主干網(wǎng)耦合點（PCC）的中央控制器控制，第二級控制單元由負荷/負荷群控制器（LC）以及分布式電源控制器（MC）組成。中央控制器協(xié)調(diào)LC和MC的控制效果，同時與DMS和大電網(wǎng)的中央控制系統(tǒng)之間進行信息交換。目前，微網(wǎng)的系統(tǒng)復(fù)雜性也對微網(wǎng)監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提出了更高的要求。需要支持多種通信協(xié)議，能夠被在線定義及修改，支持遠程監(jiān)視與遠程控制，歷史數(shù)據(jù)能夠按需儲存和調(diào)用。微網(wǎng)可以被認為是大電網(wǎng)的一個智能負荷單元；同時，微網(wǎng)內(nèi)部也可以被認為是一個完整的電力系統(tǒng)，需要進行分布式能源的調(diào)配。因此，微網(wǎng)的管理涉及到非常復(fù)雜的過程。微電網(wǎng)內(nèi)可以集成各種分布式新電源，從而能夠提升供電效率，緩解能源危機．同時，在大電網(wǎng)發(fā)生故障時，微網(wǎng)可以脫網(wǎng)獨立運行，大大提高了系統(tǒng)可靠性．尤其在電網(wǎng)發(fā)生嚴重故障時可向重要負荷獨立供電，體現(xiàn)智能電網(wǎng)可靠、能抵御攻擊的特點。微網(wǎng)從并網(wǎng)模式切換到獨立運行以及微網(wǎng)從獨立運行模式重新切換回并網(wǎng)的過程稱為微網(wǎng)的切換模式。微網(wǎng)的切換所期望達到的目標是無縫切換。即在大電網(wǎng)故障時，仍可以維持微網(wǎng)內(nèi)重要負荷不受影響，當大電網(wǎng)恢復(fù)時，微網(wǎng)能夠自動實現(xiàn)和大電網(wǎng)的同步和重新連接。微網(wǎng)控制的目的是為實現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)的系統(tǒng)穩(wěn)定運行并且保證用戶使用的電能質(zhì)量。由于風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電具有分布式特點，因此微網(wǎng)系統(tǒng)承受擾動的能力較弱，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，微網(wǎng)在不同模式下的保護必須被考慮。目前，微網(wǎng)在并網(wǎng)和孤網(wǎng)（獨立）運行模式下的過電流保護是主要問題。由于硅材料儀器的等級限制，微網(wǎng)內(nèi)換流器提供的故障電流的幅值不足以用于驅(qū)動傳統(tǒng)的過電流保護裝置，因此，必須有小電流的故障檢測技術(shù)以及微網(wǎng)的并網(wǎng)、孤網(wǎng)保護技術(shù)來滿足微網(wǎng)保護的需要。3結(jié)語風(fēng)電等可再生能源作為綠色環(huán)保電力資源得到重視發(fā)展的同時，需要盡快開展對這些小機組并網(wǎng)特性的研究，特別要盡早開展風(fēng)電不可預(yù)測性對電網(wǎng)沖擊的研究。避免出現(xiàn)事故情況下風(fēng)力發(fā)電反調(diào)節(jié)的情況發(fā)生，最大限度減小風(fēng)電等小機組對電網(wǎng)安全運行的沖擊。而智能電網(wǎng)本身對網(wǎng)絡(luò)傳輸性能、數(shù)據(jù)存儲性能及數(shù)據(jù)分析處理性能都有較高的要求。特別是在風(fēng)力發(fā)電等分布式新能源發(fā)電和微網(wǎng)系統(tǒng)引入之后，電網(wǎng)的穩(wěn)定運行控制將會更加復(fù)雜。所以在智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展中，應(yīng)針對風(fēng)電等新能源的發(fā)電、并網(wǎng)特點，解決分布式發(fā)電、微網(wǎng)環(huán)境下的能量調(diào)度問題以及數(shù)據(jù)的實時性和可靠性方面，進行重點研究。參考文獻：[1]于慎航，孫瑩，牛曉娜等.基于分布式可再生能源發(fā)電的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)［J］．電力自動化設(shè)備，2010，30（5）：104－108．[2]別朝紅，李更豐，王錫凡．含微網(wǎng)的新型配電系統(tǒng)可靠性評估綜述［J］．電力自動化設(shè)備，2011，31（1）：1－6．[3]王繼東，張小靜，杜旭浩，李國棟．光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)標準[J]．電力自動化設(shè)備，2011，31（11）：1－6．[4]李建春．風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)方式分析[J]．中國科技信息，2010（1）：25-27．[5]YuFR，ZhangPengetal．Communicationsystemsforgridintegrationofrenewableenergyresources．IEEENetwork，2011，25（5）：22－29．[6]曹軍威，萬宇鑫，涂國煜等.智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[J]．計算機學(xué)報，2013，36（1）：143－161．[7]SmithHL，BlockWR．RTUsslaveforsupervisorysystems．ComputerApplicationsinPower，1993，6（1）：27－32．[8]PhadkeAG．Synchronizedphasormeasurementsinpowersystems．Com