湖南風電并網管理體系構建分析
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摘要：湖南省發電過程的部分用煤，全部用油、氣均需從外省引入，能源資源緊張。目前湖南風電項目的核準與建設周期短，配套電網送出工程無論是核準還是建設進度都難以與風電場建設保持一致。從調峰電源建設、風電機組并網門檻、電網結構、風功率預測系統以及風電行業協調溝通機制等五個方面對湖南省境內風電建設與并網管理體系構建進行探討，提出了湖南風電并網問題的綜合解決方案，以促進“十三五”期間湖南風電安全、高效、優質發展轉型。
關鍵詞：能源結構;風電;電網結構;發展轉型;調峰電源
中圖分類號：TK89;TM732文獻標志碼：A
截至2015年底，我國（不包括臺灣地區）風電機組累計裝機容量達到1.29億kW，居世界第一位。落實國家大氣污染防治行動計劃與全球能源互聯網戰略部署，優化能源結構，在能源開發層面以清潔能源替代化石能源，要求我們走低碳綠色發展這一必由之路。截至2014年底，包括“十二五”期間核準的40個風電項目，國家能源局核準的湖南風電項目累計79個;2015年新核準的“十二五”第五批湖南風電項目共計35個，總計裝機容量5800MW。湖南風電大多集中在湘南地區（郴州、永州、邵陽），絕大多數為分散接入電網的山地式風電。
湖南風電項目核準與建設周期短，配套送出工程無論是核準還是建設進度都難以與風電場建設保持一致。此外，在省內負荷未明顯增長時，將大容量風電接入湖南電網會給電網調峰帶來較大困難。再者，風電并入地區配電網會給電網運行帶來一定壓力，例如風電并網系統發生短路故障會引起風電場內的電壓跌落，如果所采用的風電機組不具備低電壓穿越能力則會有大量風電機組脫網的風險;風電場周邊的電壓常出現一定程度的波動，風電的間歇性導致風電輸出功率的波動，都將給電網安全穩定運行帶來新的問題。
湖南風電項目無論在建設還是并網技術管理方面均起步較慢，且要滿足經濟社會快速發展對能源電力和電能質量的要求。本文對湖南省內風電建設與并網技術管理體系構建進行分析，旨在逐步完善風電并網標準化體系，以便在“十三五”期間加快湖南風電安全、高效、優質發展轉型。
1我國風電發展現狀概述
化石能源的開發利用推動了近代工業的建立與發展，但其大規模開發利用使得資源緊張、環境污染以及氣候變化等矛盾日益突出。
近年來，以清潔低碳為主要特征的新一輪能源變革蓬勃興起，清潔發展大勢所趨。2015年，我國清潔能源產業持續快速增長，風電、太陽能發電新增裝機容量均創新高，風電裝機容量連續四年為世界第一，太陽能發電裝機容量首次躍居世界第一。能源開發實施清潔替代，為我國能源結構的優化和綠色發展轉型發揮了顯著作用。
以風電為首的清潔能源項目建設方心未艾。在經濟增長乏力的背景下，加快推進風電產業快速建設，能夠促進地方經濟發展。但是風電產業井噴式大發展使得全國“棄風”現象較為嚴重，風電消納成為首要難題;同時，風電機組技術性能和風能間歇性等特點，也將給電網安全穩定運行帶來新的挑戰。因此，加快推進風電與并網管理體系的構建勢在必行。
2湖南風電并網安全穩定性分析及并網技術管理規范
并網風電場對電力系統穩定運行的影響主要包括：①當電網或風電場內部發生故障時并網風電系統及站內有一定的電壓跌落，當電網暫態故障切除后風電場的無功補償裝置無法立即進行自動無功/電壓調整，使得不具備低電壓穿越能力的風電機組脫網，從而影響地區電網系統的頻率以及電壓穩定性;②大規模風電場并網產生的沖擊電流將造成地區電網電壓驟降;③風電場內風速的頻繁變化引起風電場有功出力的變化及附近電網電壓波動。此外，大規模并網風電將給局部電網電能質量帶來一定影響，主要有：①并網啟動沖擊電流、風速變化以及風電機組塔影效應等帶來的電壓閃變;②風力發電機組配備的大量電力電子裝備帶來的諧波污染;③風電機組的并聯補償電容器和線路電抗發生諧振隱患。
為避免大規模風電集中接入影響電網安全穩定性，并滿足電網對風電的有功調度、無功控制以及電能質量的要求。根據相關文件，新建風電場必須完成技術層面的風電場并網檢測工作。
湖南并網風電場的檢測工作主要包括：①風電場電能質量檢測;②風電場有功/無功功率控制能力檢測;③風電場動態無功補償裝置性能檢測;④風電場并網性能評價;⑤其他并網測試項目（安全運行）。
3湖南風電并網管理體系構建的必要性
2015年湖南電網最大峰谷差已達1201.6萬kW，同比增長5.0%，平均峰谷差899萬kW，同比增長41.8%，電網調峰愈加困難。在全省用電負荷未明顯增長，電網調峰問題愈發突出，尤其在省內水電大規模發電時期，風電面臨棄風的困境。
湖南風電事業起步較晚，風電行業科研較薄弱。風電等新能源投資規劃仍處于無序狀態，電網發展明顯滯后于風電行業發展速度。風電場早于送出通道投產，存在棄風限電等矛盾，如郴州地區（后龍、水源、仰天湖）和邵陽地區（金紫山、寨子背）風電場消納問題最為突出。
風電比例較高的美國、丹麥和德國等發達國家高度重視風電能源并網管理工作。針對湖南風電資源無序并網的現狀，須建立風電并網管理工作機制，優化風電并網管理工作流程，健全風電并網管理體系，最終實現對風電資源全過程高效管控。
4風電工程開發與電網管理體系構建
從早期的普通異步風電機組、雙饋風電機組，到目前較為普遍的直驅式風電機組，風電設備在不斷被改良中。新投產的風力發電機基本可以實現低電壓穿越能力，不會輕易脫網。目前風電產業高速發展的主要矛盾并非風電機組等技術類層面，更多源于風電并網管理體系的健全性。
傳統化石能源從開發到成為電能包含能源規劃、電廠建設、電廠并網、廠網系統運行和電能消納五個環節。國外風電有序并網管理體系一般由組織機制、運行管理機制、協調機制、激勵機制，保障機制等五個部分組成。 考慮到湖南風資源開發利用管理體系不完善這一現狀，結合電網運行管理實際，本文從風電工程規劃啟動階段、風電工程并網運行階段兩個層面對風電工程并網管理體系進行討論。
4.1風電工程規劃啟動階段
4.1.1協調風電、火電以及調峰電源的建設
風電功率出力波動性使得“風電裝機、出力容量可信度”并不高。北歐各國等風電技術較發達地區風電容量可信度因子一般在25%左右。目前湖南省內風電裝機容量不斷躍升，可信度因子不高。為適應風電并網后功率的陡增、驟降，要在電網中預留足夠的旋轉備用電量維持主網實時功率平衡。因此，在大型風電場規劃設計階段，優良的電源結構極其重要。要協調考慮風電與常規電源以及調峰電源的優化配置、配比。
4.1.2嚴控并網風電機組技術準入門檻
近年來國內外風電機組的研發得到了長足發展。通過配置變速運行系統、槳距角控制系統以及先進的變頻器控制系統，現代化設計的風電場可實現風電有功、無功功率的獨立動態控制。因此，加大新建風電場投資力度，鼓勵新型風電機組研發，嚴格管控風電并網檢測五項標準，力求風電能源基本具備常規火電能源的特性，可很大程度上緩解風電給電網運行帶來的安全隱患。
4.1.3有序規劃堅強的電網結構
風電資源的消納一般分為就地消納和遠方負荷中心消納。我國風資源較富余的“三北”地區，更多地依托特高壓跨區互聯電網對風電資源進行拓展消納。湖南省內缺煤少油，一次能源缺乏，水電開發基本已達瓶頸，風電消納以就地消納為主。
目前在政策層面多側重于對風電電源開發的激勵而忽略了配套電網工程的建設以及風電消納市場等一系列問題。目前湖南風電電源建設與電網建設存在嚴重速度差異。
應提前規劃配套電網建設，并將風電場所在地區樞紐變電站通過220kV及以上跨區聯絡線與周邊主電網進行互聯，使風電消納得到全省電網的有力支撐。因此，要滿足湖南省內風電安全并網開發，電網應具備堅強的網架結構、強大的功率輸送能力和先進的風電功率控制技術。
4.2風電工程并網運行階段
4.2.1建立高精度風電功率預測系統
要深入貫徹落實綠色發展思路，必須完善新能源優先調度機制，建立優化電網運行方式，積極拓展新能源消納空間。
波動的風能大規模并入電網給電力系統調度提出了更高要求。為了保證風電并網系統的安全可靠，一些發達國家甚至建立了專業的風電調控機構，以便和常規能源的調控機構同步監控。 從湖南實際情況出發，風電場應建立風電功率預測系統和信息監測系統，向省級調控中心實時提交風電功率預測信息。優化新投產風電場電源結構，靈活配置一定規模的調峰電源，保證調峰電源與波動的風電協調發展，確保運行過程的安全，使風電場滿足“可控、能控、在控”的要求，真正成為電網友好型綠色能源。
4.2.2建立風電并網系統各方協調溝通機制
為保證并網風電場動態穩定性，滿足電能質量以及供電可靠性要求，采取的常見技術措施是給風電場配備一定無功補償裝置。因此風能不斷開發將導致配套電網建設成本的攀升。
國家大力實施的風電補貼政策主要側重在風電場建設方面，忽略了電網相關的公用設備相關補貼。因此，要科學管控風電項目，規范風電環評、用地審批，重點支持電網友好型、高技術型風電產業的發展。在此基礎上建立風電設計規劃部門、風電企業和電網公司三者之間的常態溝通機制，在風電上網電價、并網公用設備成本分攤以及配套電網建設補貼三者之間協調平衡。激勵電網企業加快推進清潔能源消納平臺的建設，促進清潔能源有效開發利用與有效配置。
5結論
為保障能源安全、清潔、可持續發展，基于國家能源局“十三五”能源電力規劃總體部署并結合湖南省能源電力發展現狀，從風電工程規劃啟動階段和風電工程并網運行階段對湖南省內風電建設與并網技術管理體系構建進行了探討，提出了湖南風電并網問題的綜合解決方案。
在風電并網技術管理層面提出要建立風電并網檢測的標準化規范，保證并網的風電、地區電網系統安全穩定運行;在風電工程開發消納與電網管理層面提出要建立風電功率預測、監控系統。
本研究對電網友好型風電產業大規模開發和消納平臺的建設，并網風電系統的安全穩定運行具有參考意義，對繼續推動新能源標準體系的建設、有序發展具有一定的借鑒作用。
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