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    風(fēng)電并網(wǎng)實(shí)際上在智能并網(wǎng)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(xué)術(shù)部門，現(xiàn)都在討論智能并網(wǎng)的各種問題，獲得普遍認(rèn)可的是要促進(jìn)大規(guī)模的可再生能源在并網(wǎng)當(dāng)中的利用，這是實(shí)現(xiàn)智能并網(wǎng)核心目標(biāo)之一。

    1 中國風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

    中國的風(fēng)電發(fā)展藍(lán)圖規(guī)劃了8大風(fēng)電企業(yè)。根據(jù)國家發(fā)改委規(guī)劃，風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模到2012年底將達(dá)到6000萬千瓦，這一數(shù)字現(xiàn)在是4000萬千瓦，發(fā)展速度之快由此可見。據(jù)預(yù)測，在現(xiàn)代核電發(fā)展面臨困難的情況下，風(fēng)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(shí)際上從風(fēng)電并網(wǎng)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(nèi)蒙、甘肅、西寧等地，現(xiàn)風(fēng)電的注入率已經(jīng)超過當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的20%-30%。所以，風(fēng)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(yùn)行的基本問題

    在談風(fēng)電之前，先簡單地介紹一下電力系統(tǒng)在運(yùn)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(wǎng)面臨各種擾動的情況下恢復(fù)平衡的能力。以上是電力系統(tǒng)現(xiàn)在在運(yùn)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(fù)荷靜態(tài)特性、發(fā)電/輸電規(guī)劃、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度。保證安全穩(wěn)定性問題也包括幾個關(guān)鍵的因素，如負(fù)荷的動態(tài)特性、電源動態(tài)特性、系統(tǒng)的控制保護(hù)。

    3 風(fēng)電與常規(guī)發(fā)電的區(qū)別

    在風(fēng)電并網(wǎng)以后，從長時間的角度，可以把風(fēng)電看成靜負(fù)荷，風(fēng)電并網(wǎng)對靜負(fù)荷的影響是一方面；另外風(fēng)電作為電源，在比較短的時間內(nèi)，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(fēng)電并網(wǎng)帶來的問題，首先是要考慮風(fēng)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(shí)際上就是兩個方面，一方面是風(fēng)電場合的區(qū)域風(fēng)電出力，當(dāng)然這個決定因素是氣象，另外風(fēng)機(jī)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(yīng)特性。另一方面，是作為一個電源它的動態(tài)內(nèi)電勢，電源都具有內(nèi)電勢，在整個的電力系統(tǒng)里，各個電源在運(yùn)行過程當(dāng)中是不是能夠保持穩(wěn)定、保持同步，即電網(wǎng)電壓擾動作用下的動態(tài)內(nèi)電勢相應(yīng)特性。風(fēng)電作為一個電源，它的內(nèi)電勢相應(yīng)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?xì)猓F(xiàn)在風(fēng)電的資源是風(fēng)。另外就是發(fā)電設(shè)備本身及其控制方式的區(qū)別。那么，這個區(qū)別的內(nèi)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(yù)測結(jié)果不確定性。很多人都認(rèn)為風(fēng)電是隨機(jī)的，實(shí)際上這一說法并不準(zhǔn)確，如果預(yù)測結(jié)果是完全確定的話，風(fēng)電的出力就不是隨機(jī)的。所以，到底系統(tǒng)帶來多少不確定性，是取決于預(yù)測結(jié)果有多少不確定性，這一點(diǎn)是非常重要的。

    另外，從動態(tài)的角度來講，實(shí)際上也有兩個核心的區(qū)別，一是隨動同步的問題。風(fēng)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(shè)計(jì)上總是面臨電氣、電網(wǎng)的電氣保護(hù)，它的反應(yīng)總是朝著穩(wěn)定的電氣去設(shè)計(jì)的。但是風(fēng)電不一樣，風(fēng)電當(dāng)前的控制設(shè)計(jì)是完全不管這些擾動的，換句話講，在電網(wǎng)出現(xiàn)短時間尺度擾動的時候，風(fēng)電不會去響應(yīng)這些擾動，平抑這些擾動、維持電網(wǎng)穩(wěn)定的負(fù)擔(dān)就落到了同步發(fā)電機(jī)上了，這是一個很重要的區(qū)別。這兩個方面給電網(wǎng)的供電充裕性和安全問題帶來很大的影響。

    出力波動及預(yù)測誤差的時空特性是基礎(chǔ)研究課題。我覺得對于波動存在很多的誤區(qū)，大家經(jīng)常說風(fēng)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?yàn)殡娏ο到y(tǒng)看到的不是一臺風(fēng)級的處理，也不是一個風(fēng)電場的處理，只要是并到電網(wǎng)來了，電網(wǎng)看到的是整個并在電網(wǎng)的風(fēng)電總體數(shù)。所以，風(fēng)機(jī)的處理和整個電網(wǎng)的處理完全不一樣。現(xiàn)在大家有共識，電網(wǎng)看到的風(fēng)電波動基本上是在幾十分鐘以上，電網(wǎng)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(yù)測誤差的角度，現(xiàn)在也存在很多觀點(diǎn)，如經(jīng)常有人說預(yù)測軟件已經(jīng)達(dá)到多少誤差，這其中也存在很多誤區(qū)。誤差首先是跟預(yù)測時間尺度、空間有關(guān)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(yù)測軟件一定要談到時間和空間的尺度。

    4 我國風(fēng)電發(fā)展面臨的獨(dú)特挑戰(zhàn)

    從整體來講，風(fēng)電并網(wǎng)以后，一方面帶來的是風(fēng)電的充裕問題，主要是公共預(yù)測的不確定性的問題。另一方面是整個電網(wǎng)的穩(wěn)定問題，這個主要的因素是電網(wǎng)的動態(tài)特性。在我國，風(fēng)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(guān)鍵問題上的中國新的特色。

   （1）高集中度開發(fā)

   我們國家風(fēng)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(fēng)電場間出力波動的“強(qiáng)相關(guān)性”，嚴(yán)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(fēng)電場距離蘭州838公里，規(guī)劃到達(dá)湖南的輸電線路傳輸距離達(dá)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(yuǎn)距離輸送風(fēng)電帶來了什么問題？除普遍關(guān)注的風(fēng)電并網(wǎng)的問題之外，帶來的一個最核心的問題就是遠(yuǎn)距離輸電時發(fā)電單元間的擾動“強(qiáng)耦合性”，嚴(yán)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(chǔ)研究的角度來講，對風(fēng)電的波動、預(yù)測有三個基本問題：首先是風(fēng)電怎么預(yù)測；其次，風(fēng)電廠本身的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，對風(fēng)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(fēng)電在大區(qū)域里面怎么去波動以后，如何去規(guī)劃相應(yīng)的電源、電源的組成，尤其是響應(yīng)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(shí)時的調(diào)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(rèn)為需要出現(xiàn)一些新的思想和方法。首先從預(yù)測角度上，這種預(yù)測是為了讓預(yù)測能夠抓住風(fēng)電處理的變化率，預(yù)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(jī)容量的規(guī)劃必須過渡到容量變化的內(nèi)容里。從調(diào)度的角度來講，是有驅(qū)動性的。如果風(fēng)電的預(yù)測不夠準(zhǔn)確，調(diào)度必須要從確定性過渡到這個層面。

    （以上內(nèi)容根據(jù)袁小明教授于2011中國自動化大會上所做報(bào)告整理）

    袁小明

    華中科技大學(xué)教授，千人計(jì)劃國家特聘專家，973 國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目首席科學(xué)家。2002-2008 年任GE 全球研究中心（上海）電力電子研究室經(jīng)理，2009年后任GE 全球研究中心（美國）電氣總工程師。山東大學(xué)獲得電力系統(tǒng)繼電保護(hù)專業(yè)學(xué)士學(xué)位，浙江大學(xué)獲得電力電子專業(yè)碩士學(xué)位，卡特琳娜聯(lián)邦大學(xué)（巴西）獲得電力電子專業(yè)博士學(xué)位。  

   摘自《自動化博覽》2012年第一期