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风电多元化应用及其相关技术王辉

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：兰洪涛王辉

[导读] 摘要：通过对风电多元化应用的分析研究，将该技术的实质性、核心性进行阐述，并根据未来发展需求，提出相对优化建议，包括：并网技术、并网风电场建设精细化管理等，将其研究议题的核心性、重点性进行明确，为我国风电技术的创新突破奠定基础。

        （中国广核新能源控股有限公司北京 100070）
        摘要：通过对风电多元化应用的分析研究，将该技术的实质性、核心性进行阐述，并根据未来发展需求，提出相对优化建议，包括：并网技术、并网风电场建设精细化管理等，将其研究议题的核心性、重点性进行明确，为我国风电技术的创新突破奠定基础。本文对风电多元化应用及其相关技术进行探讨。
        关键词：风电多元化；并网风电场；风电技术
        1 风电能源及技术概述
        随着我国市场经济建设迅速发展，风电能源作为基础性保障能源，具有相对的重要性及作用性。而针对我国经济发展及市场建设的需求性，将风电能源及相关技术进行多元化应用尤为重要，主要对风电能源模式及原理进行概述，风电能源主要以“风”为主，通过对“风”的利用及转换，将风力进行科学、有效带动，进而形成一种特殊性电能，该电能主要特点为形成较快、持续较长，且具有相对的环保性与新型性，这对当下世界能源危机与环境污染起到极为重要的规避作用。通过笔者对其相关数据及资料整理分析发现，当下风能的主要途径为“并网风电”，由于并网风电的效率性及节能性，世界各国都已经将“并网风电”作为重要能源开发方式，并以“变速恒频型风电系统”形式进行应用开展，将风能与电能进行有效结合，将其二者的配合性与融合性进行能量释放。同时，风电能源具有较强的灵活性，它不再局限于传统电能的限制性，而是将风能进行科学、灵活利用，对不同需求的用电客户提供针对性服务，风电技术主要解决了集中式供电不足等问题弊端，在解决城市实际生产及经济发展中需求性，将绿色发展及环境保护作为风电技术应用核心目标，并结合绿色建筑开展实施，对其相关能源进行大量降低，并实现能源再生、生源节约、能源环保的重要目的。
        2 风电多元化应用的重要性
        风电多元化应用是指将原有风电能源进行科学配置及多元化融入，以“技术、设备、保障”为基础核心，将风电多元化应用进行实现。其重要性主要在于对常规能源份额的减小、对滋生能源份额的提升等，并为国家生产建设的新型能源长久性可持续发展目标实现奠定基础。这是新时期我国新能源战略的重要规划转型升级步骤之一。同时，风电多元化应用将风能技术、电能技术进行更为科学的系统完善及融合提升，并对其发展及应用空间进行更为深入及广度的渠道拓宽。最后，风电多元化应用的重要性在于对我国能源短缺现状及“风能”的开发利用提供相关理论性参考。具体作用如下：（1）实现了电能的转型升级，将电能生产以更为环保、节能的优化形式呈现出来。这对我国能源战略整体布局及新能源开发尤为重要，我国是世界节能源相对贫乏国家，从石油、电能的缺乏程度可以出，我国处在长期依靠能源进口而维持发展。电能作为重要基础能源之一，对我国生产建设与百姓生活起到重要促进作用，而通过风电技术多元化应用，可以实现风能形成电能的实质性转变，对电能转型升级尤为重要。（2）实现技术性创新突破，技术性创新突破主要是基于我国传统电能转化技术向现代化技术转型，通过风电多元化应用可以将传统电能转化技术进行实质性突破，不再局限于核电、水电的垄断性，将风能转变应用技术进行全新定义。（3）降低了相关建设投入成本，水电站、核电站虽然在整体上起到大规模供电的实际作用，但其工程通常耗资较大，并占据大面积土地。而风能发电在投入成本方面及占地面积方面可以降至最低，风电多元化应用通过建立并网风电场形式，采用多机组、多模式转换电能技术，将从投入成本及占地面积降至最低，实现了成本优化与效率提升。
        3 规模性并网风电场与多元化应用技术
        3.1 具体类型与并网结构

        图1 符合各条件技术机型参照
        随着新型能源在我国逐渐普及应用，并网风电场作为重要规模性能源保障，具有相对的重要性及影响性，并网风电场是对“风能”进行大规模利用及融合，将“风能”以规模性、大量性进行集中利用，其方式可以为风能源的整体效能发挥起到极为重要的推动作用。并网风电场主要有多达上百至上千台机组构建而成，其容量可以达到几兆瓦甚至几百兆瓦，通过笔者实地走访调查发现，现阶段我国并网风电场数量逐年增多，主要集中在中部、南部各省。并网风电场主要优点如下：
        （1）风电机组及相关设备在整体结构上具有相对的模块性，而该模块性在于的风电机组及相关辅助设备的组建优化，即安装快速、组装简单，并不会占据较大场地。所以，该风电机组规模建设方面通常工期短、速度快，符合各条件技术机型参照如图1所示。
        （2）并网风电场在构建方面对土地及面积没有太多要求，这就决定了并网风电场建设的土地资源占有率极低。从土地资源优化及利用的角度来讲，实现了地占据、高利用目的。
        （3）风电机组在运行及工作中无须进行大量人工操作，其管理模式与运行模式为自动化模块操控，实现了远程管理及操作的效率性，降低了人力资源配置，节省了劳动力和必要开支。目前，我国并网风电场主要采用变速恒频型风电系统，其主要包括：双馈感应电机、永磁同步发电机两种，具体并网结构如图2、图3所示。

图2 变速恒频DFIG风电系统结构

        图3 变速恒频PMSG风电系统结构
        双馈感应电机并网结构主要特点该风力机主要是通过变速齿箱及发电机进行关联，将定子与电网进行直接衔接，其转子则通过变流器途径与电网进行衔接；永磁同步风电系统并网结构主要以风力机及同步发电机连接形式，将其齿轮箱进行省略，其目的是因为齿轮箱存在较高的故障性。
        3.2 并网技术
        风电场在实际运行中一定会受到相对的风力冲击影响，这种冲击影响会对其风电场出力的随机性造成肆意波及。其危害具体如下：（1）对电网电压造成实质性影响，导致电网电压大幅度降低；（2）对风电机组及相关辅助设备的元件结构造成影响，主要为机械性结构损坏，例如：机塔架构、风机叶片、相关增速设备等，这些都会由于风力现象造成其结构性损坏；（3）一定受并网效应冲击时间持续较强时，极易造成电网组织大面积瓦解，并直接威胁到其他相关并网机组的稳定运行。同步风电机组并网技术，风能在实际利用中的主要问题为“间歇性”，这种间歇性对同步机调速性能造成相对影响，同步机在进行调速运行时对风能可能出现的“间歇性”无法进行精准调控。因此，在进行并网后必须对其进行相对控制，不然会产生无功震荡及失步现象等。笔者通过走访调查发现，由于我国电子信息技术逐渐普及应用，在电机同步及变频转换方面已经实现了自动化、远程化与数字化构建，从技术层面对其相关问题、弊端进行优化升级。当下，我国同步电网系统“并网方式”主要有以下4种，如表1所示。异步风电机组并网技术，异步风电机组在整体性能化发挥上具有相对的稳定性与融合性风电系统中采用异步风电机组可以轻松实现并网，在整个并网流程中不易出现涉及性问题。在实现并网后震荡及失步现象会自动消失，异步风电机组主要体现出较为稳定的运行状态。但通过笔者对异步风电机组深入检测发现，在对其进行直接并网后会造成大量冲击电流产生，受其电流影响电压会出现大幅度降低，这种降低性对整体系统安全运行造成较大影响。
        结束语
        综上所述，通过对其风电多元化应用及相关技术分析研究，将风电技术的重要性、作用性及原理性进行重点提出，并采用科学、合理的优化措施，将并网风电场建设及管理的核心性进行阐述，为进一步工作开展奠定坚实基础。
        参考文献：
        [1]孟明，靖言，李和明.风电多元化应用及其相关技术[J].电机与控制应用，2018，38（3）：1-6.
        [2]王淼源.风电多元化应用及其相关技术探讨[J].科学家，2017，4（6）：10-11.