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    風電并網實際上在智能并網的范疇里，是一個比較窄的問題。但是從另一個角度講，不管是政府部門、工業(yè)部門還是學術部門，現(xiàn)都在討論智能并網的各種問題，獲得普遍認可的是要促進大規(guī)模的可再生能源在并網當中的利用，這是實現(xiàn)智能并網核心目標之一。

    1 中國風電發(fā)展現(xiàn)狀

    中國的風電發(fā)展藍圖規(guī)劃了8大風電企業(yè)。根據國家發(fā)改委規(guī)劃，風電并網規(guī)模到2012年底將達到6000萬千瓦，這一數字現(xiàn)在是4000萬千瓦，發(fā)展速度之快由此可見。據預測，在現(xiàn)代核電發(fā)展面臨困難的情況下，風電即將成為第三大電力主業(yè)。

    談到注入率，很多人以丹麥為例，實際上從風電并網引發(fā)的問題的角度來看，丹麥的注入率是沒有代表性的。我國如內蒙、甘肅、西寧等地，現(xiàn)風電的注入率已經超過當地電網的20%-30%。所以，風電已成為主力電之一，這個概念是非常核心的一部分。

   2 電力系統(tǒng)可靠運行的基本問題

    在談風電之前，先簡單地介紹一下電力系統(tǒng)在運行方面的一些基本問題。主要是兩個方面，一是供電充裕性，即足夠發(fā)電滿足峰荷的能力；二是安全穩(wěn)定性，即在電網面臨各種擾動的情況下恢復平衡的能力。以上是電力系統(tǒng)現(xiàn)在在運行方面存在的兩個主要問題。

    供電充裕性問題，從時間尺度來講，是一個靜態(tài)問題，而安全穩(wěn)定性問題是一個動態(tài)問題。那么，如何能夠保證供電充裕的問題主要是從幾個方面體現(xiàn)的，包括負荷靜態(tài)特性、發(fā)電/輸電規(guī)劃、系統(tǒng)運行調度。保證安全穩(wěn)定性問題也包括幾個關鍵的因素，如負荷的動態(tài)特性、電源動態(tài)特性、系統(tǒng)的控制保護。

    3 風電與常規(guī)發(fā)電的區(qū)別

    在風電并網以后，從長時間的角度，可以把風電看成靜負荷，風電并網對靜負荷的影響是一方面；另外風電作為電源，在比較短的時間內，其動態(tài)發(fā)電跟常規(guī)的同步發(fā)電有非常大的區(qū)別，這個區(qū)別對于電力系統(tǒng)是最核心、最基本的問題。

   談到風電并網帶來的問題，首先是要考慮風電作為一個電源，跟常規(guī)電源的區(qū)別，這是整個問題最核心的因素。實際上就是兩個方面，一方面是風電場合的區(qū)域風電出力，當然這個決定因素是氣象，另外風機本身對它的出力在一定的情況下有可控性，即氣象擾動作用下的動態(tài)出力相應特性。另一方面，是作為一個電源它的動態(tài)內電勢，電源都具有內電勢，在整個的電力系統(tǒng)里，各個電源在運行過程當中是不是能夠保持穩(wěn)定、保持同步，即電網電壓擾動作用下的動態(tài)內電勢相應特性。風電作為一個電源，它的內電勢相應特性與常規(guī)發(fā)電有非常大的區(qū)別。

   以上是兩個在不同的時間尺度上最主要的、核心的區(qū)別。這個區(qū)別從根本上很明確，主要是一次資源特性的區(qū)別，從燒煤到燃氣，現(xiàn)在風電的資源是風。另外就是發(fā)電設備本身及其控制方式的區(qū)別。那么，這個區(qū)別的內涵，從時間尺度比較大的、靜態(tài)出力的角度講有兩個重要的因素，一是波動性，二是預測結果不確定性。很多人都認為風電是隨機的，實際上這一說法并不準確，如果預測結果是完全確定的話，風電的出力就不是隨機的。所以，到底系統(tǒng)帶來多少不確定性，是取決于預測結果有多少不確定性，這一點是非常重要的。

    另外，從動態(tài)的角度來講，實際上也有兩個核心的區(qū)別，一是隨動同步的問題。風電作為電源，它的同步方式跟常規(guī)電源的同步方式是完全不一樣的。二是弱抗擾性和弱支撐性，常規(guī)電廠的動態(tài)特性在控制設計上總是面臨電氣、電網的電氣保護，它的反應總是朝著穩(wěn)定的電氣去設計的。但是風電不一樣，風電當前的控制設計是完全不管這些擾動的，換句話講，在電網出現(xiàn)短時間尺度擾動的時候，風電不會去響應這些擾動，平抑這些擾動、維持電網穩(wěn)定的負擔就落到了同步發(fā)電機上了，這是一個很重要的區(qū)別。這兩個方面給電網的供電充裕性和安全問題帶來很大的影響。

    出力波動及預測誤差的時空特性是基礎研究課題。我覺得對于波動存在很多的誤區(qū)，大家經常說風電有秒級的波動、分鐘級的波動，從電力系統(tǒng)的角度來看，這樣的說法是不全面的。因為電力系統(tǒng)看到的不是一臺風級的處理，也不是一個風電場的處理，只要是并到電網來了，電網看到的是整個并在電網的風電總體數。所以，風機的處理和整個電網的處理完全不一樣。現(xiàn)在大家有共識，電網看到的風電波動基本上是在幾十分鐘以上，電網不可能看到秒級的波動、也沒有分鐘級，這是從波動的角度來看。另一方面，從預測誤差的角度，現(xiàn)在也存在很多觀點，如經常有人說預測軟件已經達到多少誤差，這其中也存在很多誤區(qū)。誤差首先是跟預測時間尺度、空間有關系，時間尺度越長，則精度越大；空間的尺度越大，則精度越高。就是說談預測軟件一定要談到時間和空間的尺度。

    4 我國風電發(fā)展面臨的獨特挑戰(zhàn)

    從整體來講，風電并網以后，一方面帶來的是風電的充裕問題，主要是公共預測的不確定性的問題。另一方面是整個電網的穩(wěn)定問題，這個主要的因素是電網的動態(tài)特性。在我國，風電的開發(fā)模式跟國際上有很大的區(qū)別，這種區(qū)別引起了在這兩個關鍵問題上的中國新的特色。

   （1）高集中度開發(fā)

   我們國家風電開發(fā)的密度非常高，總的來講，基本上是國際上的3倍。這帶來什么問題呢？ 高集中度開發(fā)時區(qū)域風電場間出力波動的“強相關性”，嚴重惡化系統(tǒng)供電平衡問題。

    （2）長距離傳輸

    我們國家都是在三北地區(qū)供電，如甘肅，風電場距離蘭州838公里，規(guī)劃到達湖南的輸電線路傳輸距離達2800多公里。而在國際上，傳輸距離較近，與我國的情況差別非常大。那么遠距離輸送風電帶來了什么問題？除普遍關注的風電并網的問題之外，帶來的一個最核心的問題就是遠距離輸電時發(fā)電單元間的擾動“強耦合性”，嚴重惡化電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定問題。

    5 未來研究方向

    針對以上問題，從基礎研究的角度來講，對風電的波動、預測有三個基本問題：首先是風電怎么預測；其次，風電廠本身的風機控制系統(tǒng)，對風電波動是有一定程度的可控性的，這種可控性需要被利用起來。再次，了解了風電在大區(qū)域里面怎么去波動以后，如何去規(guī)劃相應的電源、電源的組成，尤其是響應速度，此外，如何去規(guī)劃輸電，以及這些電源和輸電規(guī)劃以后剩下實時的調度問題。

    從穩(wěn)定的角度來講，需要研究的問題有兩個方面：第一是辨識干擾。第二是在辨識這些擾動的特征以后，如何優(yōu)化整個系統(tǒng)？

   從波動引起的供電的充裕性問題，我認為需要出現(xiàn)一些新的思想和方法。首先從預測角度上，這種預測是為了讓預測能夠抓住風電處理的變化率，預測必須要由靜態(tài)走到動態(tài)。另外從規(guī)劃的角度來講，裝機容量的規(guī)劃必須過渡到容量變化的內容里。從調度的角度來講，是有驅動性的。如果風電的預測不夠準確，調度必須要從確定性過渡到這個層面。

    （以上內容根據袁小明教授于2011中國自動化大會上所做報告整理）

    袁小明

    華中科技大學教授，千人計劃國家特聘專家，973 國家重大基礎研究項目首席科學家。2002-2008 年任GE 全球研究中心（上海）電力電子研究室經理，2009年后任GE 全球研究中心（美國）電氣總工程師。山東大學獲得電力系統(tǒng)繼電保護專業(yè)學士學位，浙江大學獲得電力電子專業(yè)碩士學位，卡特琳娜聯(lián)邦大學（巴西）獲得電力電子專業(yè)博士學位。  

   摘自《自動化博覽》2012年第一期