風能作為一種清潔、可再生的能源，在全球范圍內廣泛應用。隨著對風電的開發和利用，能夠有效減少火力發電廠的數量，從而減少對煤炭資源的消耗，促進我國的可持續發展。那么，你知道什么是風電并網嗎？它是如何順利并入電網的？

（資料圖：三一重能）

什么是風電并網

風力發電有兩種不同的類型：

獨立運行的——離網型：

離網型風力發電機指獨立于電網運行的風力發電機組，其產生的電能不直接接入電網，而是儲存在儲能裝置（如蓄電池）中，供負載需要時使用。離網型風力發電機的單機容量一般較小，不超過10kW。

主要適用于牧區、林區、通訊基站、氣象站、海島及邊防哨所等電網無法有效覆蓋的地區。離網型風力發電機具有成本低、應用靈活、維護簡便等優點，且能夠節省國家用電。

接入電力系統運行的——并網型：

風電并網運行是指將風力發電機組與電網連接，通過發電機發出的電能與電網同步后，將電能輸送到電網，以滿足電力系統的需求。并網型風力發電機的單機容量一般較大，可以達到兆瓦級。

主要應用于大型風力發電場，可以得到大電網的補償和支撐，更充分地開發可利用的風力資源，是國內外風力發電的主要發展方向。

（資料圖：電氣風電）

風電并網的優點

1、建設工期短：風電機組及其輔助設備具有模塊化的特點，設計和安裝簡單，單臺風機的運輸及安裝時間不超過三個月，一個10MW級的風電場建設工期不超過一年，而且安裝一臺即可投產一臺。

2、實際占地面積小，對土地質量要求低：風電場內設備建的筑面積僅約占風電場的1%，其余場地仍可供農、牧、漁使用。

3、運行管理自動化程度高：可做到無人值守另一方面，風力發電受到其一次能源——風能的限制。

風電并網方法

風力發電的并網方式大致可以分為異步發電機、同步發電機和雙饋發電機三種方式。

1、異步發電機并網

①異步發電機直接并網：指當風力驅動的異步發電機轉速接近同步轉速時即可自動并入電網，自動并網的信號由鍘速裝置給出，而后通過自動空氣開關合閘完成并網過程。這種并網方法要求在并網時發電機的相序與電網的相序相同。

缺點：直接并網時會出現較大的沖擊電流及電網電壓的下降。適用于異步發電機容量在百千瓦級以下而電網容量較大的情況下。

②異步發電機降壓并網：在異步電機與電網之間串接電阻或電抗器或者接入自耦變壓器，以達到降低并網合閘瞬間沖擊電流幅值及電網電壓下降的幅度，采取的一種平滑并網技術。

缺點：因為電阻、電抗器等元件要消耗功率，在發電機并入電網以后，進入穩定運行狀態時，必須將其迅速切除。

適用于：百千瓦級以上、容量較大的機組，顯而易見這種并網方法的經濟性較差。

③異步電機的軟并網：指在風力發電系統中，為了解決大型異步發電機直接并網時可能產生的大沖擊電流問題，而采取的一種平滑并網技術。這種并網方法是在異步發電機定子與電網之間通過每相串入一只雙向晶閘管連接起來，三相均有晶閘管控制，雙向晶閘管的兩端與并網自動開關的動合觸頭并聯。

優點：這種軟并網方連接方式可以省去一個并網自動開關，因而控制回路較為簡單，而且避免了有觸頭自動開關觸頭彈跳、沾著及磨損等現象，可以保證較高的開關頻率。

不足：需選用電流允許值大的高反壓雙向晶閘管，這是因為雙向晶閘管中通過的電流需滿足能通過異步發電機的額定電流值，而具有旁路并網自動開關的軟并網連接方式中的高反壓雙向晶閘管只要能通過較發電機空載電流略高的電流就可以滿足要求。

（資料圖：電氣風電）

2、同步發電機組并網：

同步發電機并網是由風力機驅動同步發電機經變頻裝置與電網并聯。

直驅交流永磁同步發電機組的并網是由風力機直接驅動低速交流發電機，通過工作速度快．驅動功率小、導通壓降低的IGBT逆變器井網。

3、雙饋發電機組并網：

雙饋風力發電機并網系統的工作原理基于電磁感應和電力電子變換技術，允許在變速運行狀態下，發電機仍能以恒定頻率向電網輸送電能。

雙饋發電機并網系統主要由定子、轉子和一套電力電子變流器組成，在運行過程中，風力驅動發電機的葉片轉動，帶動轉子旋轉，進而通過齒輪箱增速，使轉子以更高的速度旋轉。轉子通過變流器與電網相連，可以根據需要從電網吸收或向電網饋送電能。

雙饋風力發電機組并網可以保證電網運行的穩定性，也可以保證電能供給的質量，這種裝置具有結構簡單的優點，而且機械部件受外力影響較小，在機組控制時較為靈活，而且運行的效率也較高。

風電并網審批流程

以海上風電項目為例，電網并網是將風電項目選址的電力輸配網與國家電網系統進行連接，實現電力的輸送和交換。電網并網的審批與接入流程通常由以下幾個階段組成：

1.項目選址階段：海上風電項目的選址是審批與接入流程的起點。選址階段需要充分考慮風能資源、水深情況、地理環境以及相關政策和法規的要求。項目方需提交選址方案、環境評估報告等文件，進行評估和審批。

2.并網申請階段：項目選址確定后，項目方需要向國家能源主管部門提交并網申請。并網申請包括項目概況、技術參數、電網接入方案、風電場規模等內容。申請材料需要詳細描述風電場的運行機制、電網接入方式以及可行性分析等信息。

3.電網審查與評估階段：國家能源主管部門會對并網申請進行審查與評估。審查內容包括風電場的技術可行性、電網接入能力、對國家電網運行的影響等。國家能源主管部門可能會與項目方進行幾輪的技術溝通與治談，以確保項目的可行性和安全性。

4.并網協議談判階段：在電網審查與評估通過后，項目方和國家電網運營商需進行并網協議的談判。談判內容包括電網接入條件、輸電線路建設、電力購售價格等。雙方需達成一致并簽訂正式的合同。

5.施工建設階段：項目方根據并網協議開始進行風電場的施工建設。施工建設包括風機安裝、電纜敷設、變電站建設等。在施工過程中，需遵守相關環保和安全法規，并與國家電網運營商密切合作，確保工程進展順利。

6.并網調試與驗收階段：風電場建設完成后，需要進行并網調試和驗收。調試過程包括并網運行試驗、電力負荷平衡等。一旦調試通過并順利接入國家電網系統，項目方才能正式開始發電和運營。

風電并網輸電流程

1.風力發電站建設：在選定的風資源豐富區域建設風力發電站，安裝風力發電機及相關配套設施。選址時需綜合考慮風速、地形、環境影響等因素，確保風電場能夠高效運作。

2.電力生產：風力發電機通過葉片捕獲風能，帶動發電機運轉，從而產生電能。發電機將機械能轉換為電能，形成交流電。

（資料圖：中船海裝）

3.升壓：由于風力發電站輸出的電壓較低（通常為690V或1100V），為了減少傳輸過程中的損耗，需要通過升壓變壓器將電壓升高至適合遠距離傳輸的水平（如35kV、110kV甚至更高）。

4.輸電：升壓后的電能通過輸電線路輸送至電網接入點。輸電線路可能是架空線或地下電纜，根據實際情況選擇。

5.并網點：在電網接入點，風電場的電力將與主電網相連，這一過程需要滿足電網的技術標準和調度要求。并網點處通常設有變電站，負責電力的接入和分配。

6.監控與調度：并網后，風電場的運行狀態將受到電力調度中心的實時監控，以確保電力系統的穩定運行。調度中心通過智能電網技術，對風電場的發電量進行預測和調控，保證供需平衡。

7.配電：最終，風電通過配電網分配給終端用戶，滿足生產和生活的用電需求。配電網絡負責將高壓電轉換為適合家庭和企業使用的低壓電。

風電并網關鍵技術

并網型風力發電機需要滿足電網的接入要求，包括電壓、頻率、相位等參數與電網一致。為了確保風電平穩并入電網，需要依賴一系列先進的技術手段：

1.智能電網技術：利用物聯網、大數據、云計算等技術，實現對風電場的智能化管理和調度。智能電網技術能夠實時監測電力系統的運行狀態，及時發現并處理異常情況，提高系統的可靠性。

2.儲能技術：通過電池儲能系統、抽水蓄能電站等技術，平滑風電輸出的波動，提高電力系統的穩定性。儲能系統可以在風力充足時儲存多余的電能，在風力不足時釋放出來，保證電力供應的連續性。

3.預測技術：通過對風速、風向等氣象參數的精確預測，提前做好發電計劃，確保供需平衡。這不僅有助于提高風電的利用率，還能減少對傳統化石能源的依賴。

4.電網調度技術：電力調度中心通過先進的調度算法，合理安排風電和其他電源的發電計劃，確保電力系統的穩定運行。調度技術還需要考慮到電網的安全性和經濟性。

5.逆變器技術：風力發電機產生的交流電需要通過逆變器轉換為適合電網頻率和相位的電能，逆變器技術的進步使得這一轉換過程更加高效和穩定。

（資料圖：金風科技）

海上風電并網技術：

海上風電場典型并網技術方案主要有高壓交流輸電（HVAC）系統、常規直流輸電（LCC-HVDC）系統、柔性直流輸電（VSC-HVDC）系統、分頻輸電（FFTS）系統。

高壓交流輸電系統：技術成熟、經濟性好、應用廣泛，但高壓交流電纜充電無功問題會制約線路輸送的容量和距離，且需配置無功補償設備。

常規直流輸電系統：需要安裝濾波裝置、無功補償設備，增大了海上升壓平臺的施工量和復雜度，至今并無海上風電送出的實際應用。

柔性直流輸電系統：采用全控型器件來避免換相失敗問題，可實現有功和無功功率的解耦控制，提高故障穿越能力。

風電并網對電力系統的影響

在進行風電并網的時候，還存在一些較為常見的問題，往往會對電力系統造成一些影響，導致電網不能正常運行。

1、對電網系統的沖擊

異步電動機是最常采用的發電裝置，而這種異步電動機中沒有配備獨立的電磁裝置，所以只能在電網系統的幫助下完成對磁場的建立。在直接進行風電機組并網的情況下，很可能會產生很大的電壓沖擊，從而形成沖擊電流。

這種沖擊電流直接與電網系統電壓相關，在風電場的容量和規模較小的時候，沖擊電流并不會對電網系統的正常運行造成影響。但在風電場的規模和電廠容量不斷增加的情況下，并網時產生的沖擊電流將會對電網的爭產運行造成很大的影響，其中主要是會導致電網的電壓驟降，從而影響電網系統的安全和穩定。

2、影響電壓穩定性

對電力系統而言，影響電網系統電壓穩定性的關鍵因素是無功功率。而在并網的過程中風電場會通過吸收電網的無功功率來建立自身需要的磁場。

在風電機組的轉速很快的情況下，無功功率的吸收會逐漸增大。而在機組轉速不斷下降的時候，對無功功率的吸收將會不斷減小。通過綜合分析可以發現，出現這種情況的根本原因是受到風力自身的特性影響，由于其波動性很強，所以會對直接對電網的電壓穩定性造成影響。

3、對電能質量的影響

對于風電場而言，其無功功率的輸出存在很大的波動性，這樣就會直接對電網系統的電壓穩定性和電能質量造成影響。

①在風電場對電網系統瞬時沖擊降低的情況下，需要采取軟啟動的方式，并加強對相關設備的管理，而在晶閘管出現故障的時候很可能會導致次諧波的產生。

②在風電場并網的瞬間，如果電流出現持續的變化，會導致換流器的運行負荷不斷增加，導致大量諧波的產生，這樣就會讓風電場吸收的無功功率不斷增加，導致電網的電壓不斷降低。

4、對繼電保護裝置的影響

電力分配系統是我國傳統電網采用的主要系統，這樣能夠讓產生的電能借助電力系統被傳輸到各個負荷，從而保證電能的單向傳輸。但是在完成風電并網之后，傳統的單向電能傳輸方式將被改變，取而代之的將是雙向傳輸。

為了防止風電機組在投入運營后損壞自身的設備，對整個電網的穩定和安全造成影響，要讓風電機組的電動機保持正常運轉，并對系統進行減負處理。

當并入電網系統的風電場規模較大的時候，就需要重新對電網系統的短路電流的大小進行評估，并且要對短路容量進行檢測。這樣能夠保證斷路器在并網后仍然能夠承受短路容量，避免在出現短路電流的時候無從解決。

來源：百度文庫、能課堂、碳本溯源實踐團、湘中輸變電、 垂直軸風力發電機、輸變電工程設計與施工、電虎圈