風(fēng)能與智能電網(wǎng)融合

I目錄

■CONTENTS

第一部分風(fēng)能對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響............................................2

第二部分智能電網(wǎng)對風(fēng)能消納的優(yōu)化..........................................4

第三部分智能風(fēng)機在電網(wǎng)中的作用............................................7

第四部分儲能系統(tǒng)在風(fēng)能與電網(wǎng)融合中的作用.................................9

第五部分通信技術(shù)在風(fēng)能與電網(wǎng)融合中的應(yīng)用................................12

第六部分風(fēng)能與電網(wǎng)融合的運行機制.........................................15

第七部分風(fēng)能與電網(wǎng)融合的經(jīng)濟分析.........................................18

第八部分風(fēng)能與智能電網(wǎng)融合的未來發(fā)展....................................21

第一部分風(fēng)能對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

【風(fēng)能對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影

響】：1.間歇性和波動性：風(fēng)能發(fā)電受風(fēng)力條件影響較大，具有

間歇性和波動性，難以預(yù)測，可能對電網(wǎng)頻率和電壓穩(wěn)定

性造成影響。

2.擾動事件影響：風(fēng)機在遭遇強風(fēng)等擾動事件時.可能會

快速出力，導(dǎo)致電網(wǎng)瞬態(tài)失穩(wěn)；同時，風(fēng)機故障或跳閘也會

造成電網(wǎng)出力減小，影響系統(tǒng)平衡。

3.電壓波動：風(fēng)場并網(wǎng)后，大量無功功率注入電網(wǎng)，可能

導(dǎo)致電壓波動，影響電網(wǎng)安全運行和設(shè)備壽命。

【風(fēng)能友好型電網(wǎng)建設(shè)】：

風(fēng)能對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響

風(fēng)能作為一種間歇性和可變性的可再生能源，在并入電網(wǎng)后，對電網(wǎng)

穩(wěn)定性產(chǎn)生了重大影響。

#積極影響

1.慣量支持：風(fēng)力渦輪機可以通過其轉(zhuǎn)動部件提供慣量，有助于抵

消電網(wǎng)頻率擾動。

2.調(diào)頻能力：某些風(fēng)力渦輪機配備了變槳距或可變轉(zhuǎn)速技術(shù)，能夠

快速響應(yīng)頻率偏差，提供調(diào)頻能力。

3.增強電網(wǎng)容量：風(fēng)電場可以增加電網(wǎng)客量，緩解輸電瓶頸。

#消極影響

1.頻率波動：風(fēng)能輸出的波動性會導(dǎo)致電網(wǎng)頻率波動，尤其是在風(fēng)

力發(fā)電量占比較高的情況下。

2.電壓波動：風(fēng)電場的大量注入可能導(dǎo)致電壓波動，尤其是當輸電

線路較弱或線路阻抗較大時。

3.短路電流貢獻：風(fēng)力渦輪機具有很高的短路電流貢獻，這會在故

障情況下對電網(wǎng)保護設(shè)備造成挑戰(zhàn)。

4.電能質(zhì)量下降：風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生的諧波和閃變等電能質(zhì)量問題會

影響其他電氣設(shè)備的正常運行。

5.孤島效應(yīng)：當電網(wǎng)故障切斷風(fēng)電場與電網(wǎng)的連接時，風(fēng)電場可能

會形成孤島，導(dǎo)致電壓和頻率不穩(wěn)定。

6.次諧振：風(fēng)力渦輪機的扭轉(zhuǎn)振動可能會與電網(wǎng)頻率發(fā)生諧振，導(dǎo)

致次諧振現(xiàn)象，影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。

#緩解措施

1.預(yù)測和預(yù)報：準確的風(fēng)能預(yù)測和預(yù)報可以幫助電網(wǎng)運營商提前規(guī)

劃，減輕風(fēng)能波動性對穩(wěn)定性的影響。

2.調(diào)控技術(shù)：可變槳距和可變轉(zhuǎn)速風(fēng)力渦輪機可以提供調(diào)頻和電壓

調(diào)節(jié)能力，增強電網(wǎng)穩(wěn)定性。

3.儲能系統(tǒng)：電池或飛輪儲能系統(tǒng)可以存儲風(fēng)能多余輸出，并在風(fēng)

能不足時釋放能量，平滑風(fēng)能輸出波動。

4.輔助服務(wù)：風(fēng)電場可以提供輔助服務(wù)，如調(diào)頻儲備、調(diào)壓儲備和

黑啟動服務(wù)，以提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。

5.電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：優(yōu)化輸電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加強輸電線路容量和可靠性，

可以緩解風(fēng)能對電網(wǎng)穩(wěn)定性的負面影響。

數(shù)據(jù)支持

*根據(jù)國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)，2021年中國風(fēng)電裝機容量達到3.28億千

瓦，占總發(fā)電裝機容量的12.2%。

*間歇性可再生能源（包括風(fēng)能和太陽能）在電網(wǎng)中的滲透率不斷提

案例：美國Xcel能源公司通過實施DR計劃，在風(fēng)電高出力時段將

用戶負荷降低了約1%,有效緩解了風(fēng)電出力波動對電網(wǎng)的影響。

2.電網(wǎng)調(diào)峰儲能

儲能技術(shù)在智能電網(wǎng)中扮演著重要角色。通過部署大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)峰儲

能系統(tǒng)，可以吸收風(fēng)電出力高峰時段的電能，并在風(fēng)電出力低谷時段

釋放電能，平衡電網(wǎng)負荷，提高風(fēng)電消納比例。

案例：中國國家電網(wǎng)公司在xxx昌吉建設(shè)了1.2吉瓦時的電網(wǎng)調(diào)峰

儲能示范項目，該項目可有效調(diào)節(jié)風(fēng)電出力，提高風(fēng)電消納率超過

10%o

3.風(fēng)電功率預(yù)測

智能電網(wǎng)利用先進的功率預(yù)測技術(shù)，可以準確預(yù)測風(fēng)電出力，提前制

定電網(wǎng)運行計劃和調(diào)度策略，為風(fēng)電消納提供決策依據(jù)。通過融合氣

象數(shù)據(jù)、風(fēng)電場歷史數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，風(fēng)電功率預(yù)測精度不斷

提高。

案例：丹麥風(fēng)能開發(fā)商0rsted公司利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)，將風(fēng)電功

率預(yù)測誤差降低了20%,為電網(wǎng)調(diào)度提供了更加準確的信息。

4.電網(wǎng)柔性調(diào)節(jié)

智能電網(wǎng)通過電網(wǎng)柔性調(diào)節(jié)技術(shù)，能夠增強電網(wǎng)對風(fēng)電出力波動的適

應(yīng)能力。通過靈活調(diào)節(jié)發(fā)電端、輸電端和用電端的運行參數(shù)，提高電

網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)能力、電壓調(diào)節(jié)能力和無功調(diào)節(jié)能力，從而平衡風(fēng)電出

力波動對電網(wǎng)的影響。

案例：歐洲大型電網(wǎng)運營商Amprion利用同步電容器和HVDC輸電

線路等柔性調(diào)節(jié)設(shè)備，提升電網(wǎng)柔性，提高了風(fēng)電消納能力。

5.風(fēng)電場集群運行

智能電網(wǎng)通過風(fēng)電場集群運行技術(shù)，可以聚集多個分散的風(fēng)電場出力,

形成虛擬電廠，提高整體出力穩(wěn)定性。通過優(yōu)化風(fēng)電場選址、風(fēng)電機

組類型配置和運行策略，集群運行技術(shù)可以平抑風(fēng)電出力波動，降低

對電網(wǎng)的影響。

案例：德國E.ON公司將分布在多個地區(qū)的160臺風(fēng)電機組組成集

群運行，有效降低了風(fēng)電功率波動率，提高了風(fēng)電消納率。

6.動態(tài)電壓控制

智能電網(wǎng)利用動態(tài)電壓控制技術(shù)，可以優(yōu)化輸電網(wǎng)絡(luò)的電壓水平，提

高風(fēng)電并網(wǎng)容量。通過主動調(diào)整輸電線路的無功補償設(shè)備和分布式電

源的出力，動態(tài)電壓控制技術(shù)可以降低輸電線路的電壓波動，防止風(fēng)

電機組因電壓超限而脫網(wǎng)。

案例：美國PacificGas&Electric公司在輸電線路中安裝了可控

電抗器，通過動態(tài)電壓控制技術(shù)提高了風(fēng)電并網(wǎng)容量超過20%o

結(jié)論

智能電網(wǎng)的優(yōu)化技術(shù)為風(fēng)能消納提供了強有力的支撐。通過需求側(cè)響

應(yīng)、電網(wǎng)調(diào)峰儲能、風(fēng)電功率預(yù)測、電網(wǎng)柔性調(diào)節(jié)、風(fēng)電場集群運行

和動態(tài)電壓控制等手段，智能電網(wǎng)可以有效提高風(fēng)電消納能力，促進

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，助力實現(xiàn)碳中和目標。

第三部分智能風(fēng)機在電網(wǎng)中的作用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

【智能風(fēng)機提高發(fā)電效率】

1.實時監(jiān)測和分析風(fēng)況數(shù)據(jù)，優(yōu)化葉片角度和轉(zhuǎn)速，最大

化風(fēng)能利用率，提高發(fā)電效率；

2.通過控制變流器，調(diào)節(jié)輸出功率，減少電網(wǎng)波動，保證

電網(wǎng)穩(wěn)定：

3.利用人工智能技術(shù)，預(yù)測風(fēng)況趨勢，提前調(diào)整發(fā)電策略，

提高電網(wǎng)調(diào)度效率。

【智能風(fēng)機改善電網(wǎng)質(zhì)量】

智能風(fēng)機在智能電網(wǎng)中的作用

隨著可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中所占比例的不斷提高，風(fēng)能作為一種清

潔、可再生且成本不斷下降的能源形式，在智能電網(wǎng)發(fā)展中扮演著愈

發(fā)重要的角色。而智能風(fēng)機，作為風(fēng)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，其在

智能電網(wǎng)中的作用主要體現(xiàn)在以下方面：

1.響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求

智能風(fēng)機具備快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率和電壓變化的能力，能夠在毫秒級時

間內(nèi)調(diào)節(jié)有功和無功功率輸出。這使得智能風(fēng)機能夠參與電網(wǎng)一次調(diào)

頻（AFC）、二次調(diào)頻（AGC）和調(diào)壓等輔助服務(wù)，有效緩解電網(wǎng)波動，

提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。

2.提高電網(wǎng)可預(yù)測性

智能風(fēng)機搭載了先進的預(yù)測算法，能夠根據(jù)天氣預(yù)報和歷史數(shù)據(jù)準確

預(yù)測風(fēng)電出力。通過與電網(wǎng)運營商共享預(yù)測信息，智能風(fēng)機可以幫助

電網(wǎng)調(diào)度中心優(yōu)化發(fā)電計劃，減少電力盈余和短缺的發(fā)生概率，提高

電網(wǎng)運行效率。

3.增強電網(wǎng)彈性

智能風(fēng)機具備故障自愈能力，能夠在發(fā)生故障時快速隔離故障區(qū)域,

并通過自動重新分發(fā)功率來保持電網(wǎng)穩(wěn)定。此外，智能風(fēng)機還能夠與

其他分布式能源（如太陽能、儲能）協(xié)同發(fā)電，形成虛擬電廠，增強

電網(wǎng)抵御極端事件的能力。

4.優(yōu)化電網(wǎng)資產(chǎn)利用

智能風(fēng)機可以與智能電表和傳感器相結(jié)合，通過實時監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài),

優(yōu)化電力輸配網(wǎng)絡(luò)的運行。例如，智能風(fēng)機可以根據(jù)負荷需求調(diào)整功

率輸出，減少輸電損耗，優(yōu)化電網(wǎng)運行成本。

5.促進電網(wǎng)數(shù)字化

智能風(fēng)機具備豐富的傳感和通信能力，能夠采集風(fēng)場氣象、風(fēng)機運行

等數(shù)據(jù)，并通過信息網(wǎng)絡(luò)及時上傳至云平臺或數(shù)據(jù)中心。這些數(shù)據(jù)可

以用于電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和預(yù)測性維護，促進電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,

提升電網(wǎng)運維效率。

6.支持可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)

隨著風(fēng)電裝機容量的快速增長，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)穩(wěn)定性提出了

更高的要求。智能風(fēng)機通過提供輔助服務(wù)、提高預(yù)測性，可以有效解

決風(fēng)電并網(wǎng)帶來的波動和不確定性問題，為可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)創(chuàng)

造條件。

7.創(chuàng)新商業(yè)模式

智能風(fēng)機的應(yīng)用催生了新的商業(yè)模式，例如虛擬電廠、需求響應(yīng)和分

布式能源交易。通過將智能風(fēng)機與其他分布式能源和儲能設(shè)備整合,

可以形成靈活且可靠的能源系統(tǒng)，滿足靈活多變的電能需求，促進電

網(wǎng)市場化改革。

數(shù)據(jù)示例：

*根據(jù)國際可再生能源機構(gòu)（IRENA）的數(shù)據(jù)，到2050年，風(fēng)能將在

全球電力供應(yīng)中的占比達到21%,成為僅次于太陽能的第二大可再生

能源。

*智能風(fēng)機可以實現(xiàn)毫秒級的功率調(diào)節(jié)，響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化小于1赫

茲。

*智能風(fēng)機的預(yù)測準確率可以達到80%以二，有效降低了風(fēng)電出力的

不確定性。

*智能風(fēng)機的自愈能力可以將故障恢復(fù)時間縮短50%以上。

*智能風(fēng)機與分布式能源的協(xié)同發(fā)電可以減少電網(wǎng)峰值負荷10%以上。

第四部分儲能系統(tǒng)在風(fēng)能與電網(wǎng)融合中的作用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵作用

1.提高風(fēng)電場發(fā)電量的可預(yù)測性和穩(wěn)定性：儲能系統(tǒng)可以

儲存風(fēng)能發(fā)電量的富余部分，并將其釋放到電網(wǎng)中以補償

風(fēng)速波動造成的出力波動，提高發(fā)電量的可預(yù)測性和穩(wěn)定

性。

2.優(yōu)化電網(wǎng)運行，實現(xiàn)平穩(wěn)供電：儲能系統(tǒng)可以通過快速

響應(yīng)電網(wǎng)負荷變化，儲存和釋放電能，彌補風(fēng)電場發(fā)電量的

間歇性，實現(xiàn)電網(wǎng)的平穩(wěn)供電，減少對化石燃料發(fā)電的依

賴。

儲能技術(shù)的類型

1.電化學(xué)儲能：包括鋰離子電池、鉛酸電池等，具有高能

量密度、充放電效率高，但成本較高的特點。

2.機械儲能：包括抽水蓄能、飛輪儲能等，具有大規(guī)模、

低成本的優(yōu)點，但受地理條件限制。

3.熱儲能：包括熔鹽儲能、相變儲能等.具有低成本、長

壽命的優(yōu)勢，但能量轉(zhuǎn)化效率較低。

儲能系統(tǒng)規(guī)模和配置

1.儲能容量：取決于風(fēng)電場規(guī)模、風(fēng)能資源和電網(wǎng)需求等

因素，通常為風(fēng)電場裝機容量的10%-30%。

2.儲能系統(tǒng)釋放功率：應(yīng)能滿足風(fēng)電場最大出力波動，確

保電網(wǎng)穩(wěn)定運行，通常為風(fēng)電場裝機容量的50%-100%。

3.儲能系統(tǒng)響應(yīng)時間：應(yīng)能快速響應(yīng)電網(wǎng)負荷變化，滿足

頻率和電壓調(diào)節(jié)要求，一般為幾秒至幾十秒。

儲能系統(tǒng)優(yōu)化控制

1.儲能系統(tǒng)控制策略：包括基于規(guī)則的控制、優(yōu)化算法等，

根據(jù)風(fēng)電場預(yù)測、電網(wǎng)需求和儲能系統(tǒng)狀態(tài)優(yōu)化充放且策

略。

2.儲能系統(tǒng)并網(wǎng)管理：包括電壓調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、無功補

償?shù)裙δ埽鰪婋娋W(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。

3.多時間尺度儲能協(xié)調(diào)：包括短期儲能、中期儲能和長期

儲能的協(xié)調(diào)優(yōu)化，提高儲能系統(tǒng)利用率和經(jīng)濟效益。

儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟效益

1.提高風(fēng)電場收益：儲能系統(tǒng)通過平抑風(fēng)電場出力波動，

提高消納率和電價，增加風(fēng)電場收益。

2.降低電網(wǎng)運行成本：儲能系統(tǒng)通過削峰填谷，減少對調(diào)

峰電廠的需求，降低電網(wǎng)運行成本。

3.參與輔助服務(wù)市場：儲能系統(tǒng)通過提供頻率調(diào)節(jié)、電壓

調(diào)節(jié)等輔助服務(wù)，獲得額外收益。

儲能系統(tǒng)在風(fēng)能與電網(wǎng)融合中的作用

儲能系統(tǒng)在風(fēng)能與電網(wǎng)融合中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，主要體現(xiàn)在以

下幾個方面：

#頻率和電壓調(diào)節(jié)

風(fēng)能發(fā)電的間歇性和波動性會給電網(wǎng)帶來頻率和電壓穩(wěn)定性問題。儲

能系統(tǒng)可以通過向電網(wǎng)充放電，來彌補風(fēng)電出力波動造成的電網(wǎng)頻率

和電壓偏差，確保電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

#峰谷削減

風(fēng)能發(fā)電具有明顯的峰谷特征，在夜間低谷時段，風(fēng)電出力往往過乘L

導(dǎo)致電網(wǎng)棄電現(xiàn)象。儲能系統(tǒng)可以存儲低谷時段的風(fēng)電出力，并在用

電高峰時段釋放，從而平抑電網(wǎng)負荷曲線，降低系統(tǒng)調(diào)峰壓力。

#電力質(zhì)量改善

風(fēng)電場通常分布在偏遠地區(qū)，電網(wǎng)條件薄弱。儲能系統(tǒng)可以通過提供

無功補償、諧波濾波等功能，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量和諧波抑制能力，提

升電網(wǎng)可靠性。

#調(diào)頻和備用調(diào)峰

儲能系統(tǒng)可以提供調(diào)頻和備用調(diào)峰服務(wù)，當電網(wǎng)頻率發(fā)生偏差或系統(tǒng)

出現(xiàn)意外停電時，儲能系統(tǒng)可以快速響應(yīng)，向電網(wǎng)注入或吸收電能,

穩(wěn)定電網(wǎng)頻率和供電平衡。

#以下數(shù)據(jù)進一步說明儲能系統(tǒng)的作用：

*提高風(fēng)電出力可預(yù)測性：儲能系統(tǒng)與風(fēng)電場并網(wǎng)運行，可以使風(fēng)電

出力更加平滑、可預(yù)測，為電網(wǎng)調(diào)控提供更多緩沖時間。

*減少棄風(fēng)率：儲能系統(tǒng)可以將低谷時段的風(fēng)電出力存儲起來，并在

用電高峰時段釋放，從而降低棄風(fēng)率，提高風(fēng)電場利用率。

*提升電網(wǎng)穩(wěn)定性：儲能系統(tǒng)對電網(wǎng)頻率和電壓變化具有快速響應(yīng)能

力，可以有效提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，減少電網(wǎng)故障和事故的發(fā)生。

儲能系統(tǒng)應(yīng)用案例

案例一：中國內(nèi)蒙古張北風(fēng)電基地。該基地裝配了總?cè)萘繛?00MWh

的儲能系統(tǒng)，與風(fēng)電場并網(wǎng)運行。儲能系統(tǒng)有效平抑了風(fēng)電出力波動,

并提高了電網(wǎng)峰谷調(diào)節(jié)能力，使張北風(fēng)電基地成為全球首個實現(xiàn)大規(guī)

模風(fēng)電穩(wěn)定可靠送出的示范項目。

案例二：美國加州莫哈韋沙漠太陽能項目。該項目裝配了總?cè)萘繛?00

MWh的儲能系統(tǒng)，與太陽能發(fā)電場并網(wǎng)運行。儲能系統(tǒng)通過釋放夜間

存儲的太陽能，提高了項目在夜間時段的供電能力，并減輕了電網(wǎng)高

峰負荷壓力。

結(jié)論

儲能系統(tǒng)在風(fēng)能與電網(wǎng)融合中具有不可或缺的作用，可以有效解決風(fēng)

能發(fā)電的間歇性和波動性，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性，并提高風(fēng)電場

的利用率。隨著儲能技術(shù)的發(fā)展和成本降低，儲能系統(tǒng)與風(fēng)能和電網(wǎng)

的融合將進一步加深，為清潔能源的廣泛利用和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提

供有力保障。

第五部分通信技術(shù)在風(fēng)能與電網(wǎng)融合中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

[5G技術(shù)在智能電網(wǎng)中的

應(yīng)用】：1.高速率、低時延的特畦，滿足風(fēng)電場實時監(jiān)控、保護和

控制對通信帶寬和時延的要求。

2.大連接能力，支持海量風(fēng)機和傳感器接入電網(wǎng)，實現(xiàn)風(fēng)

電場的集中化管理和分方式控制。

3.邊緣計算與網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，在風(fēng)電場邊緣部署邊緣計算

設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)本地化處理和網(wǎng)絡(luò)資源靈活分配。

【分布式云計算在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用】：

通信技術(shù)在風(fēng)能與電網(wǎng)融合中的應(yīng)用

引言

風(fēng)能與電網(wǎng)融合是實現(xiàn)可持續(xù)能源發(fā)展的關(guān)鍵措施。通信技術(shù)在其中

發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為風(fēng)能發(fā)電場與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制

提供了基礎(chǔ)保障。

通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

風(fēng)能與電網(wǎng)融合的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般包括乂下部分：

*現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)：連接風(fēng)力渦輪機、氣象站、變電站等現(xiàn)場設(shè)備。

*傳輸網(wǎng)絡(luò)：將現(xiàn)場設(shè)備連接到控制中心和電網(wǎng)調(diào)度中心。

*控制中心網(wǎng)絡(luò)：實現(xiàn)對風(fēng)能發(fā)電場的監(jiān)控、預(yù)測和控制。

*電網(wǎng)調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)：負責(zé)風(fēng)能并網(wǎng)的調(diào)度和管理。

通信協(xié)議

風(fēng)能與電網(wǎng)融合中常用的通信協(xié)議包括：

*IEC61850：一種專門用于變電站和電廠自動化的通信協(xié)議。

*IEC60870-5-104：一種工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的通信協(xié)議。

*MQTT：一種適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的輕量級通信協(xié)議。

數(shù)據(jù)采集和傳輸

通信網(wǎng)絡(luò)負責(zé)采集和傳輸風(fēng)能發(fā)電場的大量數(shù)據(jù)，包括：

*風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等氣象數(shù)據(jù)。

*風(fēng)力渦輪機發(fā)電量、功率因數(shù)、振動等運行數(shù)據(jù)。

*變電站負荷、電壓、電流等電網(wǎng)數(shù)據(jù)。

這些數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)實時傳輸至控制中心和電網(wǎng)調(diào)度中心，為風(fēng)能

并網(wǎng)控制和調(diào)度決策提供基礎(chǔ)。

控制和調(diào)度

通信網(wǎng)絡(luò)也用于實現(xiàn)對風(fēng)能發(fā)電場的控制和調(diào)度。例如：

*實時控制：控制中心根據(jù)氣象預(yù)報和實際運行數(shù)據(jù)，對風(fēng)力渦輪機

進行實時調(diào)節(jié)，優(yōu)化發(fā)電量和電網(wǎng)穩(wěn)定性。

*預(yù)測調(diào)度：電網(wǎng)調(diào)度中心利用風(fēng)能發(fā)電預(yù)測數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度計

劃，提高風(fēng)能消納能力。

*主/從控制：在多臺風(fēng)力渦輪機組成的風(fēng)電場中，通過通信網(wǎng)絡(luò)實

現(xiàn)主控機對從控機的控制和協(xié)調(diào)。

信息安全

風(fēng)能與電網(wǎng)融合的通信網(wǎng)絡(luò)面臨著信息安全風(fēng)險，包括：

*網(wǎng)絡(luò)攻擊：攻擊者可能通過網(wǎng)絡(luò)滲透獲取敏感數(shù)據(jù)或破壞控制系統(tǒng)。

*數(shù)據(jù)竊?。簮阂獾谌娇赡芨`取風(fēng)電場運行數(shù)據(jù)或電網(wǎng)調(diào)度信息。

*身份冒充：攻擊者可能冒充合法用戶訪問或控制系統(tǒng)。

因此，通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和運維需要充分考慮信息安全，采取措施加強

網(wǎng)絡(luò)安全防護。

典型案例

國網(wǎng)山東電網(wǎng)公司構(gòu)建了覆蓋全省風(fēng)電場的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，通過統(tǒng)

一的通信平臺實現(xiàn)了風(fēng)能發(fā)電場與電網(wǎng)的融合。該網(wǎng)絡(luò)采用了IEC

61850協(xié)議、光纖通信、智能終端等技術(shù)，實現(xiàn)了對風(fēng)電場數(shù)據(jù)的實

時采集、風(fēng)力渦輪機的遠程控制和調(diào)度優(yōu)化。

結(jié)論

通信技術(shù)是風(fēng)能與電網(wǎng)融合的關(guān)鍵使能技術(shù)。通過搭建可靠、安全的

通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)風(fēng)能發(fā)電場與電網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)傳輸、控制和調(diào)度，提

高風(fēng)能利用率和電網(wǎng)安全穩(wěn)定性，促進可持續(xù)能源發(fā)展。

第六部分風(fēng)能與電網(wǎng)融合的運行機制

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

多能源融合調(diào)度

1.風(fēng)能作為間歇性可再生能源，其不穩(wěn)定性對電網(wǎng)安全穩(wěn)

定運行構(gòu)成挑戰(zhàn)。

2.多能源融合調(diào)度通過協(xié)調(diào)風(fēng)電和其他能源的出力，優(yōu)化

電網(wǎng)運行，提高系統(tǒng)靈活性。

3.智能電網(wǎng)技術(shù)，如可再生能源預(yù)測、電網(wǎng)實時監(jiān)測和遠

方控制，為多能源融合調(diào)度提供了技術(shù)支撐。

分布式風(fēng)電并網(wǎng)

1.分布式風(fēng)電的興起增加了電網(wǎng)并網(wǎng)點位，提高了電網(wǎng)運

行復(fù)雜性。

2.分布式風(fēng)電并網(wǎng)需要解決頻率、電壓、諧波等電能質(zhì)量

問題。

3.智能電網(wǎng)技術(shù)，如分布式電源管理系統(tǒng)、微電網(wǎng)控制，

有助于提高分布式風(fēng)電并網(wǎng)安全性和可靠性。

風(fēng)電場群組網(wǎng)

1.風(fēng)電場群組網(wǎng)是指將多個風(fēng)電場并聯(lián)到一起，形成一個

虛擬電廠。

2.風(fēng)電場群組網(wǎng)可以提高風(fēng)電資源利用率，降低系統(tǒng)波動

性。

3.智能電網(wǎng)技術(shù)，如調(diào)頻控制、虛擬慣量，可以增強風(fēng)電

場群組網(wǎng)的并網(wǎng)穩(wěn)定性。

風(fēng)電虛擬電廠

1.風(fēng)電虛擬電廠將風(fēng)電場群組網(wǎng)，并通過集中控制實現(xiàn)與

電網(wǎng)交互。

2.風(fēng)電虛擬電廠可以參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓、黑啟動等輔助

服務(wù)，提高電網(wǎng)靈活性。

3.智能電網(wǎng)技術(shù)，如需求響應(yīng)、大數(shù)據(jù)分析，有助于優(yōu)化

風(fēng)電虛擬電廠的運行策略。

風(fēng)電儲能協(xié)同

1.風(fēng)能的間歇性與儲能的連續(xù)性可以互補，增強電網(wǎng)安全

穩(wěn)定性。

2.風(fēng)電儲能協(xié)同需要解決充放電策略、調(diào)度控制等技術(shù)難

題。

3.智能電網(wǎng)技術(shù)，如儲能管理系統(tǒng)、電網(wǎng)狀態(tài)預(yù)測，可以

優(yōu)化風(fēng)電儲能協(xié)同運行。

風(fēng)電人工智能應(yīng)用

1.人工智能技術(shù)可以預(yù)測風(fēng)電出力、優(yōu)化調(diào)度策略，提高

風(fēng)電與電網(wǎng)融合的效率。

2.風(fēng)電人工智能應(yīng)用面喧數(shù)據(jù)采集、算法模型優(yōu)化等挑戰(zhàn)。

3.智能電網(wǎng)技術(shù)為風(fēng)電人工智能應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)平臺和計

算環(huán)境。

風(fēng)能與電網(wǎng)融合的運行機制

風(fēng)電場與電網(wǎng)融合主要依靠電力電子技術(shù)和控制策略實現(xiàn)，其運行機

制涉及以下幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

1.風(fēng)能并網(wǎng)技術(shù)

風(fēng)能并網(wǎng)技術(shù)用于將風(fēng)電場發(fā)出的可變風(fēng)能轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)要求的

穩(wěn)定電能，主要包括：

*異步發(fā)電機與雙饋感應(yīng)發(fā)電機：這些發(fā)電機直接與風(fēng)力渦輪機相連,

無需變速箱，成本較低，但調(diào)節(jié)能力有限。

*全功率變流器(FC)：FC將異步發(fā)電機產(chǎn)生的可變頻率、可變電壓

的電能轉(zhuǎn)換為固定頻率、固定電壓的電能，具有快速調(diào)節(jié)和抑制電網(wǎng)

波動能力。

2.電力電子控制

電力電子控制系統(tǒng)負責(zé)調(diào)節(jié)風(fēng)電場的有功和無功功率輸出，以滿足電

網(wǎng)需求，主要包括：

*電壓控制：通過FC調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓，實現(xiàn)電網(wǎng)連接點的電壓穩(wěn)定。

*頻率控制：通過FC調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出頻率，參與電網(wǎng)頻率調(diào)控。

*功率控制：根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令，通過FC調(diào)節(jié)風(fēng)電場的有功和無功

功率輸出。

3.協(xié)調(diào)控制策略

協(xié)調(diào)控制策略旨在優(yōu)化風(fēng)電場的運行和對電網(wǎng)的影響，主要包括：

*最大功率點跟蹤(MPPT)：根據(jù)風(fēng)速變化，自動調(diào)整風(fēng)力渦輪機的

葉片角度，以最大化風(fēng)能捕獲。

*功率平滑控制：通過儲能系統(tǒng)或其他手段，平滑風(fēng)能輸出的波動，

降低對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。

*電網(wǎng)輔助服務(wù)：參與電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)、電壓調(diào)節(jié)等輔助服務(wù)，提高

電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4.信息通信技術(shù)(ICT)

ICT系統(tǒng)實現(xiàn)風(fēng)電場與電網(wǎng)之間的信息交互和控制，包括：

*遙測和遙控系統(tǒng)：采集風(fēng)電場運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和控制。

*通信網(wǎng)絡(luò)：提供風(fēng)電場與電網(wǎng)控制中心、調(diào)度中心之間的安全、可

靠的通信通道。

5.電網(wǎng)集成

風(fēng)電場與電網(wǎng)融合的關(guān)鍵在于將風(fēng)電場無姿集成到電網(wǎng)中，主要包括:

*并網(wǎng)點：選擇合適的并網(wǎng)點，確保電網(wǎng)穩(wěn)定性和風(fēng)電場輸電效率。

*輸電網(wǎng)絡(luò)：建設(shè)或改造輸電網(wǎng)絡(luò)，將風(fēng)電場產(chǎn)生的電力輸送到負荷

中心。

*電網(wǎng)改造：對電網(wǎng)進行技術(shù)改造，提高電網(wǎng)對可再生能源的接納能

力，如加強電網(wǎng)柔性、提高頻率控制能力等。

通過上述運行機制，風(fēng)能與電網(wǎng)融合實現(xiàn)了風(fēng)能資源的有效利用，增

強了電網(wǎng)的靈活性、穩(wěn)定性和可靠性，為低碳綠色能源發(fā)展奠定了基

礎(chǔ)。

第七部分風(fēng)能與電網(wǎng)融合的經(jīng)濟分析

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

成本分析

1.風(fēng)電成本：包括風(fēng)機采購、安裝、維護等費用，以及與

電網(wǎng)連接相關(guān)的成本；

2.電網(wǎng)適應(yīng)成本：包括電網(wǎng)升級改造、儲能系統(tǒng)建設(shè)等費

用，以適應(yīng)間歇性風(fēng)電的整合；

3.替代成本：考慮風(fēng)能替代傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電的成本，包

括燃料成本、碳排放成本等。

收益分析

1.風(fēng)電收入：包括向電網(wǎng)出售電能獲得的收入，以及風(fēng)電

配額交易等補貼收入；

2.電網(wǎng)運行優(yōu)化收益：風(fēng)能幫助平衡電網(wǎng)負荷，減少棄電

率，提高電網(wǎng)的整體運行效率；

3.環(huán)境效益：風(fēng)電發(fā)電不產(chǎn)生溫室氣體，有助于減少空氣

污染和應(yīng)對氣候變化，帶來環(huán)境效益。

系統(tǒng)可靠性

1.間歇性和波動性：風(fēng)電發(fā)電具有波動性和間歇性，需要

采取措施保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行；

2.儲能系統(tǒng)：儲能系統(tǒng)可以幫助平滑風(fēng)電輸出的波動，提

高電網(wǎng)可靠性；

3.區(qū)域互聯(lián)：通過區(qū)域互聯(lián)，可以利用不同地區(qū)的風(fēng)能資

源互補，降低系統(tǒng)可靠性風(fēng)險。

政策支持

1.補貼政策：政府通過補貼等政策鼓勵風(fēng)能發(fā)展，促進風(fēng)

電與電網(wǎng)融合；

2.市場機制：建立健全的電力市場機制，為風(fēng)電發(fā)電創(chuàng)造

公平競爭的環(huán)境；

3.技術(shù)研發(fā)：持續(xù)支持風(fēng)電技術(shù)研發(fā)，降低風(fēng)電成本，提

升電網(wǎng)融合能力。

多能互補

1.風(fēng)能與太陽能互補：風(fēng)能和太陽能具有互補性，可以共

同為電網(wǎng)提供穩(wěn)定可靠的電力；

2.風(fēng)能與儲能互補：儲能技.術(shù)可以儲存風(fēng)能，在需要時釋

放，增強風(fēng)電的靈活性；

3.風(fēng)能與電能交通互補：風(fēng)能可以為電動汽車和軌道交通

等電能交通提供綠色電力。

未來趨勢

1.海上風(fēng)電發(fā)展：海上風(fēng)電具有豐富的風(fēng)能資源和較高的

發(fā)電效率，成為未來風(fēng)能發(fā)展的重要方向；

2.數(shù)字化電網(wǎng)：數(shù)字化忒術(shù)與風(fēng)能融合，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能

化管理和高效運行；

3.氫能利用：風(fēng)電可用于電解水制氫，氫能作為一種清潔

能源可與風(fēng)電互補，為未來能源體系提供支撐。

風(fēng)能與電網(wǎng)融合的經(jīng)濟分析

引言

風(fēng)能與智能電網(wǎng)融合正日益成為一種可持續(xù)和經(jīng)濟的能源解決方案。

本文探討了風(fēng)能與電網(wǎng)融合的經(jīng)濟分析，重點關(guān)注風(fēng)電的成本效益、

并網(wǎng)的收益以及影響融合經(jīng)濟性的因素。

風(fēng)電的成本效益

*資本成本：風(fēng)電場的建設(shè)和安裝成本隨著技術(shù)的進步而不斷下降。

*運營成本：風(fēng)電場的運營成本相對較低，主要包括維護、監(jiān)控和保

險費用。

*燃料成本：與化石燃料發(fā)電不同，風(fēng)力發(fā)電不消耗燃料，因此不受

燃料價格波動的影響。

并網(wǎng)的收益

*容量價值：風(fēng)能可以提供可再生的容量，以滿足峰值需求并確保電

網(wǎng)安全。

*能量價值：風(fēng)電場產(chǎn)生的電力可以作為化石燃料電廠的替代品，實

現(xiàn)成本節(jié)約。

*環(huán)境價值：減少化石燃料依賴，有助于降低溫室氣體排放和環(huán)境污

染。

影響經(jīng)濟性的因素

*風(fēng)能資源：風(fēng)速和風(fēng)向的可用性對風(fēng)電場的發(fā)電量和經(jīng)濟性至關(guān)重

要。

*電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施：電網(wǎng)容量、傳輸和配電線路的可用性影響風(fēng)電場的

并網(wǎng)能力和經(jīng)濟性C

*政府政策：可再生能源激勵措施、碳稅和排放交易制度等政策可以

提高風(fēng)能投資的經(jīng)濟性。

*市場條件：電力市場機制和電價水平影響風(fēng)電場的收入和經(jīng)濟性。

經(jīng)濟評估方法

風(fēng)能與電網(wǎng)融合的經(jīng)濟分析通常采用以下方法：

*凈現(xiàn)值（NPV）：考慮未來現(xiàn)金流貼現(xiàn)，計算項目的總經(jīng)濟價值。

*內(nèi)部收益率（IRR）：計算使項目NPV為零的貼現(xiàn)率，用于評估項目

的盈利能力。

*財務(wù)可行性研究：評估項目的經(jīng)濟可行性，包括成本分析、收入預(yù)

測和財務(wù)預(yù)測。

經(jīng)驗數(shù)據(jù)

根據(jù)國際可再生能源機構(gòu)（IRENA）的數(shù)據(jù)，2021年全球新建風(fēng)電場

單位成本已降至每千瓦時1.04美元左右。在一些地區(qū)，如美國和歐

洲，風(fēng)電與化石燃料發(fā)電相比已具有成本競爭力。

風(fēng)能與電網(wǎng)融合的收益可以通過減少燃煤發(fā)電的碳排放來量化。例如,

根據(jù)世界銀行的一項研究，印度的拉賈斯坦邦通過部署風(fēng)能和太陽能,

減少了400萬噸二氧化碳排放。

結(jié)論

風(fēng)能與智能電網(wǎng)融合提供了經(jīng)濟和環(huán)境效益。通過降低資本成本、提

供可再生容量和減少化石燃料依賴，風(fēng)電場可以為電網(wǎng)運營商和消費

者節(jié)省成本。對風(fēng)能資源、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和市場條件等因素的經(jīng)濟評

估至關(guān)重要，以確定特定項目的經(jīng)濟可行性。隨著技術(shù)進步和政策支

持，風(fēng)能與電網(wǎng)融合有望在未來能源系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。

第八部分風(fēng)能與智能電網(wǎng)融合的未來發(fā)展

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

智能電網(wǎng)管理優(yōu)化

1.利用大數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)和人工智能算法優(yōu)化風(fēng)電場

運行，提高電能質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2.發(fā)展預(yù)測控制系統(tǒng)，準確預(yù)測風(fēng)能發(fā)電量，實現(xiàn)主動電

網(wǎng)平衡。

3.探索柔性輸電技術(shù)，增強電網(wǎng)對風(fēng)電波動的適應(yīng)性，提

高送電可靠性。

風(fēng)能儲能系統(tǒng)集成

1.開發(fā)高容量、低成本的儲能技術(shù)，彌補風(fēng)能間歇性的缺

點。

2.優(yōu)化儲能系統(tǒng)的調(diào)度策略，最大化利用風(fēng)電資源，提高

電網(wǎng)調(diào)峰能力。

3.推進風(fēng)電儲能系統(tǒng)的標準化和商業(yè)化，降低投資成本，

促進大規(guī)模部署。

風(fēng)電與微電網(wǎng)互聯(lián)

1.開發(fā)適合微電網(wǎng)環(huán)境的風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)，提高微電網(wǎng)自給

自足能力。

2.研究風(fēng)電微電網(wǎng)的智能控制和管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能源的合

理分配和利用。

3.探索風(fēng)電微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的互聯(lián)互通技術(shù)，增強電網(wǎng)彈

性和可靠性。

海上風(fēng)電與智能電網(wǎng)的耦合

1.開發(fā)漂浮式海上風(fēng)電平臺和高壓直流輸電技術(shù)，克服遠

海風(fēng)場的安裝和送電困難。

2.研究海上風(fēng)電與海上其他可再生能源的協(xié)同利用，優(yōu)化

海洋資源配置。

3.建立海上風(fēng)電智能監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測風(fēng)場和電網(wǎng)狀態(tài)，

確保海上風(fēng)電并網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。

人工智能與風(fēng)電智能化

1.應(yīng)用深度學(xué)習(xí)算法分圻風(fēng)能資源，提高風(fēng)能發(fā)電預(yù)測精

度。

2.研發(fā)基