安科瑞魯一揚15821697760

【摘要】：風力發電作為一種關鍵的新能源發電形式，在電力工業領域占據著重要地位。其借助風力驅動風葉旋轉，實現風能向電能的轉換，并借助發電機將電能傳輸給各類用戶，以滿足人們的日常用電需求。在全球風力發電范疇內，我國相關技術具備一定的競爭優勢。深入探究風力發電技術對于優化國內能源格局、達成環保目標極為關鍵，且已引發國際社會的廣泛矚目。未來需著重持續創新，力求在風力發電技術上實現重大突破，為能源領域的穩健發展注入強勁動力。本文將圍繞風電并網系統的控制與優化策略展開深入探討，以期提供有益的參考借鑒。

【關鍵字】：風力發電并網系統；風力發電；系統控制；優化策略

0引言

風電作為一種可再生能源，具有污染程度低、儲量頗為豐富等顯著優勢。伴隨近年來綠色發展戰略的持續深入推進，我國風力發電技術取得了令人矚目的顯著進展。風力發電的總裝機容量以及并網規模呈現出逐年穩步增長的良好態勢，為工農業生產活動以及居民日常生活提供了大量穩定的電力能源支持。然而，風力發電并網并非一帆風順，其中涉及諸多復雜的技術難題與管理挑戰。為切實保障風電這一新能源能夠得以迅速高效地利用，必須依據風力發電自身的獨特特性制定并實施相應的技術舉措，持續提升并網性能，提高供電質量，進一步優化我國的電力供應結構，有力推動風電及新能源產業的健康可持續發展，為實現能源綠色低碳轉型的宏偉目標筑牢堅實基礎。

1風力發電

1.1概述

我國地域遼闊，風能資源極為豐富，尤其在三北地區、東南沿海地區及其附近海域，風力發電已然成為新能源發電領域應用最為廣泛的方式之一。風力渦輪系統是風力發電機組的核心構成部分，主要由風力渦輪機、機艙以及塔架等部件組成。風力渦輪機在風力發電流程中扮演著舉足輕重的角色，承擔著將風能轉化為機械能的關鍵任務。風力渦輪機葉片的制造材料需具備高強度與輕量化的特性，常見的葉片形狀為雙流線，在某些特殊情形下，也可采用 S 形葉片。然而，在風力發電設備的長期運行過程中，風力渦輪機等部件易受自然環境的侵蝕影響，可能出現腐蝕、開裂等質量問題，故而需要定期開展維護與保養工作。塔架在風力發電設備中起著關鍵的支撐作用，其高度的設定需參考風力渦輪機的直徑以及風資源剪切指數，通常塔架高度處于 70 - 140m 之間。發電機則負責將機械能轉換為電能，其容量與風力渦輪機葉片的長度密切相關。隨著科技的持續進步以及應用范圍的不斷拓展，風力發電在我國能源結構中的地位日益凸顯，為我國的綠色發展與能源轉型奠定了堅實根基。當下，如何安全且經濟地降低風力發電系統并網損耗，以及深入探究風力發電系統主動參與電壓調節控制的能力，已然成為新能源行業備受關注的熱點研究課題之一。

1.2特點

風力渦輪機在風力發電進程中起著核心作用。當風力作用于渦輪機葉片時，葉片開始轉動，隨著風速的逐步提升，葉片轉速持續加快，直至達到穩定轉速，此過程成功將風能轉化為有效的機械能，而發電機能夠將這些機械能進一步轉化為電能。實際上，最為基礎的風力發電系統僅由風力渦輪機的風扇葉片與發電機這兩部分構成。風力渦輪機的葉片在風力驅動下持續旋轉，產生機械能，由于葉片與發電機之間存在持續的連接關系，葉片的穩定旋轉能夠驅動發電機穩定運行，從而使發電機有效地將葉片產生的機械能轉換為電能。通過上述方式實現風能向電能的轉化，有助于減少對傳統能源的依賴，有力促進綠色環保能源的蓬勃發展。

2風力發電并網技術

當前，風力發電領域涵蓋了多種技術類型，其中包括模擬技術、電力調度技術、風力發電預測技術以及實驗檢測技術。仿真技術通過構建風電模型來模擬風電系統的實際運行流程，能夠精準地揭示系統運行過程中潛藏的問題，進而及時對風力發電機組接入電網的方案進行優化。電力調度技術是保障電網穩定運行的關鍵所在，其依靠對風電的精確預測，有效地控制風能對電網產生的不利影響，而時間序列漸進法的應用更是進一步增強了電力調度技術的科學性與實用性。風電預測技術結合多種天氣預報模型，通過廣泛收集與深入分析風速、風向等數據，精確預測風機的運行狀態與輸出功率。風電預測技術能夠有效克服惡劣天氣對功率預測造成的挑戰，并借助數字模型深入剖析風電的功率波動規律，從而實現對風能的精準掌控。實驗檢測技術通過大量的現場實驗獲取風電并網的關鍵參數，對這些參數的深入研究有助于評估電網的性能表現，并通過檢測并網風電場的電能質量與有功功率調節水平來優化整個系統，確保其穩定可靠運行。

3風力發電并網系統控制

3.1風力預測控制

風力預測控制在風力發電環節中具有不可忽視的重要性。由于風力具有天然的不穩定性，通常難以維持風力發電能源的穩定供應，風力的大小以及持續時間會直接對風力渦輪機的發電能力產生影響。風力越大且持續時間越長，風力渦輪機的發電能力便會相應增強。然而，盡管風力發電所生產出的電能最終均會整合至電網之中，但其能量輸出的不穩定性致使其難以與風力渦輪機實現良好的協同配合。為有效攻克這一難題，風力預測控制技術應運而生，并已在風力發電過程中得到廣泛應用。通過精準預測風力狀況，對風電系統實施動態靈活的調整，從而顯著增強電網的穩定性，提高其整合效率。目前，借助各種先進的技術手段對風力數據進行模擬分析，預測其發展趨勢，能夠獲取更為合理、精確的預測結果。這一預測過程通常可劃分為短期和中期兩個階段，短期預測主要聚焦于風電系統渦輪機的實時調整與優化，以確保其在當前風況下能夠實現最為高效快速的運行；中期預測則更多地著眼于發電系統輻射范圍內的風電整體情況，通過對未來風電狀況做出合理判斷，為風力發電提供更為穩定可靠的依據。

3.2*大功率點跟蹤控制

最大功率點跟蹤控制旨在實現風力渦輪機速度或槳距角的智能精準調節，確保其在不同風速條件下均能處于最佳運行狀態，保障輸出最大功率。該方法的有效實施依賴于性能卓越的控制系統及算法，這些系統及算法能夠實時監測風速以及機組的運行狀態，并據此做出相應的靈活調整。當風速較低時，控制系統可通過提高機組的運行速度來充分提取更多的風力資源；當風速較高時，為有效避免對機組造成過度應力或損壞，控制系統可通過調節槳距角來減少風力的捕獲量。基于此過程，最大功率點跟蹤控制策略不僅能夠顯著提高風電系統的發電效率，還能夠切實保證風電機組的安全穩定運行。

3.3有功功率和無功功率控制

風電并網系統在向電網輸送有功功率以滿足電力需求的同時，還會提供無功功率，這對于提升電網的電壓質量具有至關重要的意義。為確保風電并網的無功補償電壓穩定性與電網保持一致，風電場需要配備相應的無功功率補償設備，并實現精細化的無功電壓控制。深入分析各組風電機組接入點的電壓調整特性，有功功率控制主要通過精準調整風力渦輪機的輸出功率來實現，以確保其與電網的實際需求精準匹配。這涵蓋了對機組轉速或槳距角的精確控制，以達成最大功率點跟蹤目標，必要時還需進行功率限制，以避免對電網產生不良影響。無功功率控制則主要通過調整風力發電機的無功功率輸出來提高電網的電壓質量。在風電場中，可采用靜態無功發電機或電容器組等無功功率補償裝置來提供或吸收無功功率，從而有效維持電網電壓的穩定狀態。

3.4電能質量監測與控制

隨著新能源發電機組接入電力系統的比例不斷攀升，新能源發電滲透率的提高對電力系統的安全、穩定、靈活經濟運行提出了嚴峻挑戰。加強電能質量的監測與控制在風力發電系統中顯得尤為關鍵，通過實時監測并詳細記錄電壓波動和電流諧波等關鍵參數，能夠及時精準地發現并網運行過程中潛在的電能質量問題。這種持續的監測工作不僅能夠提供極具價值的數據支撐，還能夠更為精確地了解風力渦輪機的運行狀態。現代先進技術的應用為風力發電系統的監測與維護工作帶來了革命性的變革。風電質量監測主要依賴于性能優異的電能質量監測設備，其能夠實時監測風電場內部的電壓、電流、頻率等關鍵參數，及時發現電能質量問題。通過采用大數據和云計算技術，實現風電質量數據的遠程傳輸與集中高效處理，進一步提升了監測效率。

4風力發電并網系統的優化策略

4.1評估風能資源

首先，構建風力發電量預測模型，并結合天氣預報等相關數據，提前對風力發電量的波動情況進行精準預測。在此基礎上，充分利用風電波動特性，結合傳統發電設備的靈活性優勢，使電力系統在波動過程中依然能夠維持平衡穩定狀態。此外，引入儲能技術亦是一種行之有效的策略。儲能技術能夠通過儲存與釋放能量的方式，平穩調節風力發電的波動特性，從而有效降低對電力系統的負面影響。儲能技術的應用顯著提高了系統的穩定性與可靠性，為電力系統的平衡運行提供了更多的可行選擇。智能控制算法可實時監測并靈活調整風力發電設備的輸出，從而大幅提升系統的響應速度，提高穩定性。該項技術的應用將進一步提高風力發電的效率與可靠性。

4.2優化機組布局

首先，優化發電機結構設計與磁路設計至關重要。通過引入電磁設計理念，對磁路形狀進行優化，降低磁阻與能量損失，從而有效提升發電機的轉換效率。這一改進舉措為發電機的高效快速運行奠定了堅實基礎。其次，優化發電機的控制策略同樣不容忽視。通過改進電流控制算法與電壓調節系統，能夠顯著提高發電機對外部環境變化的響應速度與穩定性。在增強發電機適應性的同時，進一步提升其運行效率。

此外，適度降低發電機的運行溫度也是提高發電速率的有效途徑之一。在確保安全的前提下，采用高效的冷卻系統與優質的絕緣材料，能夠有效減少發電機的熱損失，提高熱效率。該方法的實施需要綜合考量發電機的材料、工藝以及運行環境等多方面因素。最后，定期對發電機進行檢查、清潔與潤滑是維持其有效運行的重要手段。通過確保發電機處于良好的運行狀態，減少機械磨損與電氣損耗，從而延長發電機的使用壽命，提高運行效率。這種定期維護方法對于保障發電機的長期穩定運行具有極為重要的意義。以專業維修人員為主導，設備操作人員密切配合，在日常維護的基礎上，進一步對風電設備進行全面深入的保養，能夠有效減少或避免突發故障所造成的各類損失。

4.3改善負荷特性

智能電網可借助實時監測與數據分析技術，對負荷變化做出迅速且精準的調整。在用電高峰時段，智能電網通過優化資源配置，有效提升電網的供電能力；在用電低谷時期，則合理利用閑置產能，防止資源浪費現象的發生。風電并網作為一種清潔可再生能源的利用方式，對于改善電網負荷特性具有顯著的積極作用。風電并網運行能夠大幅減少對傳統能源的依賴，有效降低電網的負荷壓力。同時，風電發電的隨機性與波動性使其能夠在一定程度上改善電網負荷的波動狀況，從而優化電網的負荷特性，確保電力系統的安全穩定、靈活經濟運行。

4.4增強輸電能力

電力電子技術作為風力發電轉換過程中的核心環節，其應用目標在于將自然風能資源高效轉換為穩定、可持續的電能資源。這一轉換過程不僅關乎能源的有效利用，還涉及如何安全、高效地實現長距離電力傳輸，并確保傳輸過程中的穩定性，最大程度減少能源損耗。為有效應對這一挑戰，風電企業正深入開展對高壓直流（HVDC）技術的研究。該技術采用高壓直流電進行電力傳輸，不僅能夠實現長距離的能量輸送，還可顯著降低傳輸過程中的損耗。HVDC 技術的優勢在于其對使用環境的要求相對較低，能夠確保在各類條件下均能實現高質量、低損耗的電能傳輸，具有極為廣闊的應用前景。風力發電的遠距離輸電是一項至關重要的研究課題。為實現高效的風力發電并網系統，必須妥善解決長距離輸電過程中的諸多問題，降低輸電損耗。充分利用電力電子技術，確保風力發電能夠快速、穩定、遠距離傳輸，從而實現其更大的利用價值。

5風力發電在直流快速充電站中的挑戰與展望

5.1系統概述

Acrel - 2000MG 儲能能量管理系統是安科瑞專門針對工商業儲能電站精心研制的本地化能量管理系統，其具備儲能電站的數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、歷史曲線等豐富功能。其中策略管理支持多種控制策略選擇，涵蓋計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統不僅能夠實現對下級各儲能單元的統一監控與管理，還可達成與上級調度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接收上級調度指令，又能滿足遠程監控與運維需求，有力確保儲能系統安全、穩定、可靠、經濟運行。

5.2應用場景

城市充電站、工業園區、分布式新能源、數據**、微電網、高速服務區、智慧醫院、智慧校園等。

5.3系統結構

5.4系統功能

（1）實施監管

對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

（2）智能監控

對系統環境、光伏組件、光伏逆變器、風電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設備等進行實時監測，掌握微電網系統的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發電系統進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質量

實現整個微電網系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監測。

（5）可視化運行

實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進行不間斷監控。

（6）優化控制

通過分析歷史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態，實現經濟優化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風電、儲能設備的發電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態。

（9）策略配置

微電網配置主要對微電網系統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

5.5系統功能

序號	設備	型號	圖片	說明
1	能量管理系統	Acrel-2000MG		內部設備的數據采集與監控，由通信管理機、工業平板電腦、串口服務器、遙信模塊及相關通信輔件組成。 數據采集、上傳及轉發至服務器及協同控制裝置 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等
2	顯示器	25.1英寸液晶顯示器		系統軟件顯示載體
3	UPS電源	UPS2000-A-2-KTTS		為監控主機提供后備電源
4	打印機	HP108AA4		用以打印操作記錄，參數修改記錄、參數越限、復限，系統事故，設備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式
5	音箱	R19U		播放報警事件信息
6	工業網絡交換機	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工業網絡交換機解決了通信實時性、網絡安全性、本質安全與安全防爆技術等技術問題
7	GPS時鐘	ATS1200GB		利用gps同步衛星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛星上面的時間進行同步
8	交流計量電表	AMC96L-E4/KC		電力參數測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數等)、復費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協議:帶開關量輸入和繼電器輸出可實現斷路器開關的"遜信“和“遙控”的功能
9	直流計量電表	PZ96L-DE		可測量直流系統中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數據轉換、開關量輸入/輸出等功能
10	電能質量監測	APView500		實時監測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質量，記錄各類電能質量事件,定位擾動源。
11	防孤島裝置	AM5SE-IS		防孤島保護裝置，當外部電網停電后斷開和電網連接
12	箱變測控裝置	AM6-PWC		置針對光伏、風能、儲能升壓變不同要求研發的集保護，測控，通訊一體化裝置，具備保護、通信管理機功能、環網交換機功能的測控裝置
13	通信管理機	ANet-2E851		能夠根據不同的采集規的進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數據果集匯總: 提供規約轉換、透明轉發、數據加密壓縮、數據轉換、邊緣計算等多項功能:實時多任務并行處理數據采集和數據轉發，可多鏈路上送平臺據:
14	串口服務器	Aport		功能:轉換“輔助系統"的狀態數據，反饋到能量管理系統中。 1)空調的開關，調溫，及完全斷電(二次開關實現) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設備
15	遙信模塊	ARTU-K16		1)反饋各個設備狀態，將相關數據到串口服務器: 讀消防VO信號，并轉發給到上層(關機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉發3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉發

6結束語

總而言之，風力發電在我國屬于近年來迅猛發展的可再生資源。其于優化能源結構、削減碳排放以及保障電力供應的穩定性與安全性等多方面，均彰顯出極為關鍵的價值與作用。但不可忽視的是，風力發電行業同樣遭遇諸多挑戰。風力自身的變幻無常、電能存儲的艱難性以及并網環節所存在的各類問題等，皆致使風電的利用率大打折扣，進而難以將風力發電的最大效能充分釋放出來。

為有效攻克這些難題，后續在相關技術及領域的深入探究與開發進程中，理應將提升風電預測精準度視作核心要點。借助遙感技術與計算機技術，并融合大數據分析以及人工智能算法，對風能的變動趨向予以更為精確的預估，進而達成風電場運營管理的優化升級，最終為我國電力供應體系的完善以及新能源行業的持久、穩健前行奉獻更為卓越的力量，有力推動我國能源事業邁向新的高度與輝煌。

參考文獻:

[1]彭飛.風力發電并網運行的穩定性控制研究[D].南昌:南昌大學,2020.

[2]卓雙陽.淺談新能源發電并網系統的控制[J].科學中國人,2016(35):7.

[3]路立仁.淺析風力發電并網技術及電能控制策略[J].科技與創新,2016(17):134.

[4]呂豐.新能源發電并網系統的控制策略[J].電子測試,2014(1):144-145.

[5]魏偉,許勝輝.風力發電及相關技術綜述[J].微電機,2009,42(4):66-68.用

[6]安科瑞高校綜合能效解決方案2022.4版.

[7]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.04版.

[8]馬曉明.風力發電并網系統的控制和優化策略.

審核編輯 黃宇