风电发展现状与关键技术研究

DOI:10.13751/j.cnki.kjyqy.2013.15.179

能源环境

风电发展现状与关键技术研究

张峰 张建华

华北电力大学电气与电子工程学院 北京

【摘要】风电是目前众多新能源与可再生能源发电技术中潜力最大且最具市场开发价值的新能源之一。本文首先介绍了近年来国内外风电的发展现状与特点，在此基础上总结了国内外风电的发展趋势。其次，从风力发电并网控制技术的角度介绍了风力发电研究中关键技术问题。最后，展望了智能电网环境中风力发电的应用前景，并指出了我国风电发展亟待解决的问题。

【关键词】风力发电；智能电网；发展现状；关键技术

源那样随时按照电网调度要求在指定出力下运行，并且为了充分利用风

能资源，尽可能保证风电出力的最大化。此外，传统自动发电控制技术无法适用风电有功控制。因此，必须制定适应于风电场的有功控制策略，解决大规模风电并网的安全稳定问题。

目前，有功控制一般分为超前控制、正常控制、紧急控制三种控制级别。风电控制中心将对应计划量下发至各个风电场，风电场根据收到控制级别的不同，采用相应控制措施。目前，风电场参与系统有功控制

[3]

主要包括两种方式：

1）最大出力控制。在保证电网安全运行的前提下，根据风电接纳能力计算风电场最大出力上限值，风电场出力低于上限值时处于自由发电状态，高于风电场出力上限值时，根据风电场空闲程度占用其他风电场的系统资源，以达到风电出力协同优化目标。

2）出力跟踪控制。以风电场风电功率预测为依据，经过安全校核后下发各个风电场发电计划，风电场实时跟踪发电计划进行有功调整。

3.2无功电压控制技术

风电并网电压稳定和无功补偿问题逐渐成为电力行业和相关研究机构的关注热点。在单个机组层面，变速恒频风电机组（双馈异步发电机组、永磁直驱风力发电机）采用四象限大功率电力电子变流器与电网相连，均具备恒压工作模式，可实现对无功功率和电压的控制。双馈异步发电机组通过变流器控制实现有功/无功解耦，具备动态调节无功输出能力。永磁直驱风力发电机组通过全容量与电网连接，可以灵活地控制无功功率。在风电场系统层面，风电场并网运行时吸收电网无功功率，需要在风电场机端安装静止无功补偿器或静止同步补偿器等快速补偿装置实现跟踪电网或负荷的无功波动，进行实时动态补偿，从而维持电压稳定，实现减少其在电网中的流动，降低因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网运行环境。

3.3低电压穿越控制技术

低电压穿越是指当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。它是对并网风机在电网电压跌落时仍保持并网的特定运行功能要求。目前，丹麦、德国、美国相继制定了风力发电机组的低电压穿越标准。我国尚未制定低电压穿越的强制性国家标准，风机低电压穿越技术的研发还不成熟。目前，主要通过以下两种途径提高风电场低电压穿越能：一种是从外部解除电压暂降对风电机组的影响，如在风电机组和并网点间接入快速无功补偿装置来保证风电机组端电压保持恒定；另一种是改变风电机组的控制策略或对主电路改造，如双馈风机、直驱风机等。

4、结论

政府能源规划、政策支持力度、资源潜力、商业运行模式以及电网消纳风电能力是风电产业发展的关键影响因素。世界各国立足于本国实际，致力于风电产业的发展与实践，呈现出不同特色。我国风电产业经过近数十年的探索与培育，在政策法规、技术标准等方面积累了大量经验，但是与欧美国家相比，仍有一些差距，迫切需要加强风电并网关键技术的研究，完善相关政策法规、标准体系和检测认证机制，培养高素质的风电人才队伍，保障风电与电网和谐有序发展，探索出一条适合我国国情的风电发展道路。

1、引言

近年来，能源危机和环境问题愈来愈成为世界各国面临的严峻挑战，制约着人类的生存与发展，调整能源结构，优化资源配置，发展新能源已经成为应对挑战、走可持续发展道路的必然选择。作为世界范围内技术最成熟、最具规模化商业开发潜力的新能源之一，风能具有蕴藏量丰富、可再生、分布广、无污染等特性，具备规模化开发利用价值。风能资源的开发利用是一项涉及动力学、机械传动学、电机学、材料学等多学科多分支的系统性工程。风力发电技术作为开发利用风能资源的关键技术之一，得到了国内外学者的广泛关注。

2、国内外风电发展现状

2.1世界风电发展现状

尽管世界经济整体低迷，风电发展还是取得了比较满意的发展结果。自2000年以来，世界风力发电装机年增长量均在20%以上，风电在能源供应中所占比例逐年提升。世界风能理事会的统计数据显示，2012年底世界风电总装机容量达282.6GW。2012年世界风电新增装机容量为44.8GW，同比增长19%。

欧洲、亚洲、北美洲是世界范围内三大主要风电市场，其新增装机总容量及累计装机总容量均占全球的95%以上。欧洲2011年新增装机10.226GW ，累计装机容量达到97.588GW，可以满足欧洲6%的用电量。德国、瑞典陆上风电以及英国海上风电是欧洲风电的主要拉动力，而法国和西班牙相比上年有所减少。从累计容量上看，德国依然是欧洲风电的老大，紧随其后的是西班牙、英国、法国和意大利[1]。亚洲印度得益于政府的激励政策，实现了里程碑式发展，2011年新增装机3.01GW，同比增长50%。美国国会延长了风能生产税抵减政策，风电市场出现反弹，

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2011年新增装机6.810GW，相比上年增幅高达28%。

2.2中国风电发展现状我国幅员辽阔，海岸线绵长，可开发利用的风能资源十分丰富，集中分布在东南沿海及华北、东北、西北地区。在《可再生能源法》及一系列国家产业政策的推动下，我国风电装机容量迅速增长，风电装备制造业也快速发展，产业体系已逐步形成。中国已经成为世界风能大国，正在向风能强国转变，风电产业发展前景广阔。2011年并网风电超过50GW，当年并网14.5GW，稳居世界第一。2011年新增风电装机达到17.63GW，占全球新增市场的43%，累计装机容量达到62.36GW。预计到2015年风电装机将达1亿kW，年发电量达1900亿kWh，占全国发电量的比重将超3%。到2050年，风电将满足国内17%的电力需求。中国风电正经历着由分散、小规模开发，向集中开发、大规模远距离输送方向发展。在“建设大基地、融入大电网”的风电发展战略导引下，我国风电场呈现出规模化发展的趋势，在内蒙古、新疆哈密、甘肃酒泉、河北、吉林西部以及江苏沿岸规划建设了大型风电基地。

3、风力发电的关键技术

风电的接入对电网的运行带来诸多方面的影响，如电网安全稳定、调频调峰、电能质量等问题，电力系统安全面临着更高的风险。因此需要对风力并网发电的有功功率控制、无功电压控制及低电压穿越控制等关键技术进行深入研究。

3.1有功功率控制技术由于风能的间歇性、随机性特点，风电有功功率控制难以像常规电

参考文献

[1]中国风能协会.中国风电发展报告2012[R].北京:中国风能协会,2012．[2]任丽蓉.我国风力发电现状及其技术发展[J ].科技经济市场,2011,4:17-18．

[3]丁宇,陈永华,李雪明等.大规模风电并网控制技术现状与展望[J].广东电力,2011,24(5)：24-28．

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