風能作為一種清潔、可再生的能源，在全球范圍內(nèi)廣泛應用。隨著對風電的開發(fā)和利用，能夠有效減少火力發(fā)電廠的數(shù)量，從而減少對煤炭資源的消耗，促進我國的可持續(xù)發(fā)展。那么，你知道什么是風電并網(wǎng)嗎？它是如何順利并入電網(wǎng)的？

（資料圖：三一重能）

什么是風電并網(wǎng)

風力發(fā)電有兩種不同的類型：

獨立運行的——離網(wǎng)型：

離網(wǎng)型風力發(fā)電機指獨立于電網(wǎng)運行的風力發(fā)電機組，其產(chǎn)生的電能不直接接入電網(wǎng)，而是儲存在儲能裝置（如蓄電池）中，供負載需要時使用。離網(wǎng)型風力發(fā)電機的單機容量一般較小，不超過10kW。

主要適用于牧區(qū)、林區(qū)、通訊基站、氣象站、海島及邊防哨所等電網(wǎng)無法有效覆蓋的地區(qū)。離網(wǎng)型風力發(fā)電機具有成本低、應用靈活、維護簡便等優(yōu)點，且能夠節(jié)省國家用電。

接入電力系統(tǒng)運行的——并網(wǎng)型：

風電并網(wǎng)運行是指將風力發(fā)電機組與電網(wǎng)連接，通過發(fā)電機發(fā)出的電能與電網(wǎng)同步后，將電能輸送到電網(wǎng)，以滿足電力系統(tǒng)的需求。并網(wǎng)型風力發(fā)電機的單機容量一般較大，可以達到兆瓦級。

主要應用于大型風力發(fā)電場，可以得到大電網(wǎng)的補償和支撐，更充分地開發(fā)可利用的風力資源，是國內(nèi)外風力發(fā)電的主要發(fā)展方向。

（資料圖：電氣風電）

風電并網(wǎng)的優(yōu)點

1、建設工期短：風電機組及其輔助設備具有模塊化的特點，設計和安裝簡單，單臺風機的運輸及安裝時間不超過三個月，一個10MW級的風電場建設工期不超過一年，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：風電場內(nèi)設備建的筑面積僅約占風電場的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，風力發(fā)電受到其一次能源——風能的限制。

風電并網(wǎng)方法

風力發(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。

1、異步發(fā)電機并網(wǎng)

①異步發(fā)電機直接并網(wǎng)：指當風力驅(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合閘完成并網(wǎng)過程。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。

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。適用于異步發(fā)電機容量在百千瓦級以下而電網(wǎng)容量較大的情況下。

②異步發(fā)電機降壓并網(wǎng)：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，采取的一種平滑并網(wǎng)技術。

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。

適用于：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。

③異步電機的軟并網(wǎng)：指在風力發(fā)電系統(tǒng)中，為了解決大型異步發(fā)電機直接并網(wǎng)時可能產(chǎn)生的大沖擊電流問題，而采取的一種平滑并網(wǎng)技術。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)自動開關的動合觸頭并聯(lián)。

優(yōu)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，因而控制回路較為簡單，而且避免了有觸頭自動開關觸頭彈跳、沾著及磨損等現(xiàn)象，可以保證較高的開關頻率。

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。

（資料圖：電氣風電）

2、同步發(fā)電機組并網(wǎng)：

同步發(fā)電機并網(wǎng)是由風力機驅(qū)動同步發(fā)電機經(jīng)變頻裝置與電網(wǎng)并聯(lián)。

直驅(qū)交流永磁同步發(fā)電機組的并網(wǎng)是由風力機直接驅(qū)動低速交流發(fā)電機，通過工作速度快．驅(qū)動功率小、導通壓降低的IGBT逆變器井網(wǎng)。

3、雙饋發(fā)電機組并網(wǎng)：

雙饋風力發(fā)電機并網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理基于電磁感應和電力電子變換技術，允許在變速運行狀態(tài)下，發(fā)電機仍能以恒定頻率向電網(wǎng)輸送電能。

雙饋發(fā)電機并網(wǎng)系統(tǒng)主要由定子、轉(zhuǎn)子和一套電力電子變流器組成，在運行過程中，風力驅(qū)動發(fā)電機的葉片轉(zhuǎn)動，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進而通過齒輪箱增速，使轉(zhuǎn)子以更高的速度旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子通過變流器與電網(wǎng)相連，可以根據(jù)需要從電網(wǎng)吸收或向電網(wǎng)饋送電能。

雙饋風力發(fā)電機組并網(wǎng)可以保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，也可以保證電能供給的質(zhì)量，這種裝置具有結構簡單的優(yōu)點，而且機械部件受外力影響較小，在機組控制時較為靈活，而且運行的效率也較高。

風電并網(wǎng)審批流程

以海上風電項目為例，電網(wǎng)并網(wǎng)是將風電項目選址的電力輸配網(wǎng)與國家電網(wǎng)系統(tǒng)進行連接，實現(xiàn)電力的輸送和交換。電網(wǎng)并網(wǎng)的審批與接入流程通常由以下幾個階段組成：

1.項目選址階段：海上風電項目的選址是審批與接入流程的起點。選址階段需要充分考慮風能資源、水深情況、地理環(huán)境以及相關政策和法規(guī)的要求。項目方需提交選址方案、環(huán)境評估報告等文件，進行評估和審批。

2.并網(wǎng)申請階段：項目選址確定后，項目方需要向國家能源主管部門提交并網(wǎng)申請。并網(wǎng)申請包括項目概況、技術參數(shù)、電網(wǎng)接入方案、風電場規(guī)模等內(nèi)容。申請材料需要詳細描述風電場的運行機制、電網(wǎng)接入方式以及可行性分析等信息。

3.電網(wǎng)審查與評估階段：國家能源主管部門會對并網(wǎng)申請進行審查與評估。審查內(nèi)容包括風電場的技術可行性、電網(wǎng)接入能力、對國家電網(wǎng)運行的影響等。國家能源主管部門可能會與項目方進行幾輪的技術溝通與治談，以確保項目的可行性和安全性。

4.并網(wǎng)協(xié)議談判階段：在電網(wǎng)審查與評估通過后，項目方和國家電網(wǎng)運營商需進行并網(wǎng)協(xié)議的談判。談判內(nèi)容包括電網(wǎng)接入條件、輸電線路建設、電力購售價格等。雙方需達成一致并簽訂正式的合同。

5.施工建設階段：項目方根據(jù)并網(wǎng)協(xié)議開始進行風電場的施工建設。施工建設包括風機安裝、電纜敷設、變電站建設等。在施工過程中，需遵守相關環(huán)保和安全法規(guī)，并與國家電網(wǎng)運營商密切合作，確保工程進展順利。

6.并網(wǎng)調(diào)試與驗收階段：風電場建設完成后，需要進行并網(wǎng)調(diào)試和驗收。調(diào)試過程包括并網(wǎng)運行試驗、電力負荷平衡等。一旦調(diào)試通過并順利接入國家電網(wǎng)系統(tǒng)，項目方才能正式開始發(fā)電和運營。

風電并網(wǎng)輸電流程

1.風力發(fā)電站建設：在選定的風資源豐富區(qū)域建設風力發(fā)電站，安裝風力發(fā)電機及相關配套設施。選址時需綜合考慮風速、地形、環(huán)境影響等因素，確保風電場能夠高效運作。

2.電力生產(chǎn)：風力發(fā)電機通過葉片捕獲風能，帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電能。發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能，形成交流電。

（資料圖：中船海裝）

3.升壓：由于風力發(fā)電站輸出的電壓較低（通常為690V或1100V），為了減少傳輸過程中的損耗，需要通過升壓變壓器將電壓升高至適合遠距離傳輸?shù)乃剑ㄈ?5kV、110kV甚至更高）。

4.輸電：升壓后的電能通過輸電線路輸送至電網(wǎng)接入點。輸電線路可能是架空線或地下電纜，根據(jù)實際情況選擇。

5.并網(wǎng)點：在電網(wǎng)接入點，風電場的電力將與主電網(wǎng)相連，這一過程需要滿足電網(wǎng)的技術標準和調(diào)度要求。并網(wǎng)點處通常設有變電站，負責電力的接入和分配。

6.監(jiān)控與調(diào)度：并網(wǎng)后，風電場的運行狀態(tài)將受到電力調(diào)度中心的實時監(jiān)控，以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。調(diào)度中心通過智能電網(wǎng)技術，對風電場的發(fā)電量進行預測和調(diào)控，保證供需平衡。

7.配電：最終，風電通過配電網(wǎng)分配給終端用戶，滿足生產(chǎn)和生活的用電需求。配電網(wǎng)絡負責將高壓電轉(zhuǎn)換為適合家庭和企業(yè)使用的低壓電。

風電并網(wǎng)關鍵技術

并網(wǎng)型風力發(fā)電機需要滿足電網(wǎng)的接入要求，包括電壓、頻率、相位等參數(shù)與電網(wǎng)一致。為了確保風電平穩(wěn)并入電網(wǎng)，需要依賴一系列先進的技術手段：

1.智能電網(wǎng)技術：利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術，實現(xiàn)對風電場的智能化管理和調(diào)度。智能電網(wǎng)技術能夠?qū)崟r監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常情況，提高系統(tǒng)的可靠性。

2.儲能技術：通過電池儲能系統(tǒng)、抽水蓄能電站等技術，平滑風電輸出的波動，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。儲能系統(tǒng)可以在風力充足時儲存多余的電能，在風力不足時釋放出來，保證電力供應的連續(xù)性。

3.預測技術：通過對風速、風向等氣象參數(shù)的精確預測，提前做好發(fā)電計劃，確保供需平衡。這不僅有助于提高風電的利用率，還能減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴。

4.電網(wǎng)調(diào)度技術：電力調(diào)度中心通過先進的調(diào)度算法，合理安排風電和其他電源的發(fā)電計劃，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。調(diào)度技術還需要考慮到電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟性。

5.逆變器技術：風力發(fā)電機產(chǎn)生的交流電需要通過逆變器轉(zhuǎn)換為適合電網(wǎng)頻率和相位的電能，逆變器技術的進步使得這一轉(zhuǎn)換過程更加高效和穩(wěn)定。

（資料圖：金風科技）

海上風電并網(wǎng)技術：

海上風電場典型并網(wǎng)技術方案主要有高壓交流輸電（HVAC）系統(tǒng)、常規(guī)直流輸電（LCC-HVDC）系統(tǒng)、柔性直流輸電（VSC-HVDC）系統(tǒng)、分頻輸電（FFTS）系統(tǒng)。

高壓交流輸電系統(tǒng)：技術成熟、經(jīng)濟性好、應用廣泛，但高壓交流電纜充電無功問題會制約線路輸送的容量和距離，且需配置無功補償設備。

常規(guī)直流輸電系統(tǒng)：需要安裝濾波裝置、無功補償設備，增大了海上升壓平臺的施工量和復雜度，至今并無海上風電送出的實際應用。

柔性直流輸電系統(tǒng)：采用全控型器件來避免換相失敗問題，可實現(xiàn)有功和無功功率的解耦控制，提高故障穿越能力。

風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響

在進行風電并網(wǎng)的時候，還存在一些較為常見的問題，往往會對電力系統(tǒng)造成一些影響，導致電網(wǎng)不能正常運行。

1、對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊

異步電動機是最常采用的發(fā)電裝置，而這種異步電動機中沒有配備獨立的電磁裝置，所以只能在電網(wǎng)系統(tǒng)的幫助下完成對磁場的建立。在直接進行風電機組并網(wǎng)的情況下，很可能會產(chǎn)生很大的電壓沖擊，從而形成沖擊電流。

這種沖擊電流直接與電網(wǎng)系統(tǒng)電壓相關，在風電場的容量和規(guī)模較小的時候，沖擊電流并不會對電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行造成影響。但在風電場的規(guī)模和電廠容量不斷增加的情況下，并網(wǎng)時產(chǎn)生的沖擊電流將會對電網(wǎng)的爭產(chǎn)運行造成很大的影響，其中主要是會導致電網(wǎng)的電壓驟降，從而影響電網(wǎng)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

2、影響電壓穩(wěn)定性

對電力系統(tǒng)而言，影響電網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的關鍵因素是無功功率。而在并網(wǎng)的過程中風電場會通過吸收電網(wǎng)的無功功率來建立自身需要的磁場。

在風電機組的轉(zhuǎn)速很快的情況下，無功功率的吸收會逐漸增大。而在機組轉(zhuǎn)速不斷下降的時候，對無功功率的吸收將會不斷減小。通過綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)這種情況的根本原因是受到風力自身的特性影響，由于其波動性很強，所以會對直接對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性造成影響。

3、對電能質(zhì)量的影響

對于風電場而言，其無功功率的輸出存在很大的波動性，這樣就會直接對電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性和電能質(zhì)量造成影響。

①在風電場對電網(wǎng)系統(tǒng)瞬時沖擊降低的情況下，需要采取軟啟動的方式，并加強對相關設備的管理，而在晶閘管出現(xiàn)故障的時候很可能會導致次諧波的產(chǎn)生。

②在風電場并網(wǎng)的瞬間，如果電流出現(xiàn)持續(xù)的變化，會導致?lián)Q流器的運行負荷不斷增加，導致大量諧波的產(chǎn)生，這樣就會讓風電場吸收的無功功率不斷增加，導致電網(wǎng)的電壓不斷降低。

4、對繼電保護裝置的影響

電力分配系統(tǒng)是我國傳統(tǒng)電網(wǎng)采用的主要系統(tǒng)，這樣能夠讓產(chǎn)生的電能借助電力系統(tǒng)被傳輸?shù)礁鱾€負荷，從而保證電能的單向傳輸。但是在完成風電并網(wǎng)之后，傳統(tǒng)的單向電能傳輸方式將被改變，取而代之的將是雙向傳輸。

為了防止風電機組在投入運營后損壞自身的設備，對整個電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全造成影響，要讓風電機組的電動機保持正常運轉(zhuǎn)，并對系統(tǒng)進行減負處理。

當并入電網(wǎng)系統(tǒng)的風電場規(guī)模較大的時候，就需要重新對電網(wǎng)系統(tǒng)的短路電流的大小進行評估，并且要對短路容量進行檢測。這樣能夠保證斷路器在并網(wǎng)后仍然能夠承受短路容量，避免在出現(xiàn)短路電流的時候無從解決。