机组发电系统拓扑结构较简单，风力机直接与发电 机相连，省去增速齿轮箱，控制方法相对容易，通过 统发生谐振时被放大，因此，需要选取响应时间快且 控制器采集电网电压、频率及相序等参数，然后与逆 变器输出电压等参数比较，当达到并网条件时进行 并网罔。 ２．１．２太阳能发电 能直接补偿负荷无功电流和谐波电流的ＳＶＣ。ＡＰＦ 基于坐标变换原理的瞬时无功理论控制，代替电源 向负荷提供所需的畸变电流，具有响应快、补偿率高 的特点。ＤＶＲ采用同步电压源逆变器产生交流电压 抵消有功功率快速波动导致的电压波动和浪涌，通 太阳能发电的方式主要分为光热发电和光伏发 过自身储能单元，在补偿无功功率的同时提供瞬时 有功功率补偿。ＵＰＦＣ综合了串、并联补偿装置的优 点，对电压、电流质量问题进行统一补偿，内置储能 电２大类。光热发电聚集阳光后加热热媒，经过热交 换产生蒸汽驱动传统的蒸汽轮机发电，其并网方式 与传统火力发电机组类似。光伏发电主要经由逆变 器并网，需要在电能质量、功率和电压调节功能、保 护特性等方面满足电网要求ｌ ９】。光伏电站并网过程 中，多机并联逆变器的输电电流纹波会同相叠加，可 能引起总电流谐波超标或电网谐振，因此，需要改进 逆变器控制策略或在合适节点配置滤波装置以保证 并网电能质量。 ２－２控制技术 ２．２．１ 电压调节技术 通常情况下。风机运行时的功率因数较高（接近 １．０）。风速变化使得风机有功输出波动，并网点电压 较难保持恒定，因此需要进行相应的无功补偿对并 网点电压进行调节。永磁直驱同步风机和双馈异步 风机配备有变流器，自身可以发出或吸收无功功率。 文献［１ｏ１通过实测证明，利用双馈异步风机变流器 的无功功率调节功能，向电网注入无功功率，可以将 并网点电压变化限制在ｌ％的范围，响应速度快。调 节性能平滑。另外，也可以配备无功补偿设备对电 压进行调节，主要有并联电容器／电抗器组、ＳＶＣ和 ＳＴＡＴＣＯＭ等。 与风力发电类似。光伏发电系统运行时的功率 因数也较高，基本上为纯有功输出，为满足分层分区 和就地平衡的无功补偿原则，光伏发电系统也应配 置适当的无功补偿装置，以满足电网对无功的要求。。 ． ∞ — 。 一 ＿ ｌｌｌ一． ２．２．２抑制波动与闪变 并网机组输出功率的波动导致有功电流和无功 电流随之变化，从而引起电网电压波动和闪变。机 组启动并网【“］、退出运行Ｉ１２１、风速变化［２１、塔影效应、 云层遮挡等均可能引起并网机组输出功率的变化． 导致电压波动与闪变。目前，大部分用于改善和提 高电能质量的补偿装置都具有抑制电压波动与闪变 的功能，如静止无功补偿器ＳＶＣ、有源电力滤波器 ＡＰＦ、动态电压恢复器ＤＶＲ和电能质量统一控制器 ＵＰＦＣ等。 由于某些ＳＶＣ本身会产生低次谐波电流，在系 单元可以解决瞬时供电中断和电压波动等动态电压 质量问题。 ２．２．３发电功率预测 随着可再生能源发电容量的增加，可再生能源 的间歇性和随机性与电力系统实时平衡之间的矛盾 日益凸显，可再生能源发电功率预测技术越来越受 到关注和重视。通过预测可再生能源发电功率，可以 提高电网安全性与可靠性。调整和优化常规电源的 发电计划，改善电网调峰能力。减少额外旋转备用容 量．改善系统运行经济性。 在风功率预测技术方面，主要有物理模型、统计 模型、空问相关性模型、人工智能模型等＿ｌ ３ｌ。物理模 型基于风向、风速等气象要素值，求解描述天气演变 过程的液体力学和热力学方程组，计算未来气象要 素分布，适用于中期风速预测：统计模型基于历史数 据、模式识别、参数估计和模型校验来建立数学模 型，适用于在线风速预测：空间相关性模型考虑风电 场与相邻地点的风速时问序列，应用风速之间的空 间进行预测，预测效果较好。但数据收集工作量较 大，适用于小时级预测：人工智能模型可以根据风电 场位置对模型进行滚动修改。预测精度较高，在短期 风速预测中其精度优于统计模型。 在光伏发电功率预测技术方面，超短期预测主 要是根据地球同步卫星拍摄的卫星云图推测云层运 — ｑ 断链滁 蒌／＼，动情况，预测未来几小时内的云层指数，进而得到地 面辐照强度的预测值。再通过效率模型得到光伏发 电输出功率的预测值。短期功率预测一般是根据天 气预报获得未来１～２天内的气象要素值，根据历史 数据和气象要素信息得到地面辐照强度的预测值。 进而预测光伏发电输出功率㈣。 ２．２．４有功功率控制 风机的有功功率控制可分为最优转速控制、平 均功率控制和随机最优控Ｎ３类ｌｌ ５ｌ。最优转速控制又 称为最大风功率捕获控制，通常是采用查表法或搜 索法，寻求风机的最佳叶尖速比，调整风机的转速使 ｍ ，Ｇ 新 能 源 一×一ｚ ｚｍｚ０＜ｃ》ｚ 风能利用系数达到最大，从而使风机以最大效率捕 获风能。平均功率控制是利用风机的转动惯量。使 变速风电机组的输出功率保持相对稳定。随机最优 控制的目标是减小输出功率的波动，并兼顾风能的 利用系数，是最优转速控制和平均功率控制２种控制 方式的优化组合。 光伏发电的有功功率控制主要依赖于最大功率 点跟踪技术『１６１。光伏阵列的输出特性具有非线性特 征，并且受到光照强度、环境温度和负载情况影响。 在一定的光照强度和环境温度下，只有唯一的１个电 压值对应着光伏电池的最大输出功率。因此，不断 地根据光照强度、环境温度等外部特性的变化来调 整光伏电池的工作点，使之始终工作在最大功率点。 目前常用的方法有常压法、扰动观察法、电导增量法 等。 ２．２．５低电压穿越 低电压穿越（ＬＶＲＴ）是指在并网点电压跌落时， 可再生能源发电机组能够保持并网，甚至向电网提 供一定的无功功率，支持电网从故障状态恢复，从而 穿越这个低电压区蚴 。 双馈异步风机的ＬＶＲＴ实现措施主要有转子短 路保护、串联反并可控硅电路、改进励磁控制算法。 转子短路保护是在发电机转子侧装设Ｃｒｏｗｂａｒ保护 电路，为转子侧电路提供旁路，当电压跌落时，闭锁 双馈电机励磁变流器，投入转子回路旁路保护装 置，限制通过励磁变流器的电流和转子绕组的过电 压，维持机组不脱网。该方法获得广泛应用，但只能 保证发电机不脱网，不能向电网提供无功支撑。在 双馈异步风机定子侧与电网问串联反并可控硅电 路，在电压跌落与恢复期间，转子侧电流随电压跌 落而增大，反并可控硅电路使变流器在电网故障时 不与转子绕组断开。在电压恢复时，为避免电压回 升在系统转子侧产生过电流，在电压回升之前将双 馈电机通过反并可控硅电路与电网断开。该方法增 加了系统成本，控制策略较复杂。改进励磁控制算 法可以不增加硬件电路，只改进控制策略就可以实 现ＬＶＲＴ。通过考虑定子磁化电流的动态过程，建立 精确模型及相应的控制策略来减小暂态过电流。通 过在转子电压方程中加入补偿项实时修正模型中 的动态量以达到补偿效果，提高电压波动时的动态 响应【 。 永磁直驱同步风机的ＬＶＲＴ可以通过减小风机 的输人功率和增加Ｃｍｗｂａ褓护电路来实现㈣。前者 通过桨距角控制和叶尖速比控制的配合来实现５０ ．但 响应时间较长。后者通过卸荷电阻将多余能量消耗、 通过储能装置将多余能量依存、或者是通过旁路变 流器将多余能量送往电网，该方法响应快，在系统发 生故障后能使风机继续保持正常工作。 光伏发电系统的ＬＶＲＴ功能可以基于储能设 备、无功补偿设备、无功电流支撑等途径予以实现 。 通过超级电容等储能设备，可以在电网未发生故障 时进行充电，发生故障时由储能设备给并网点注入 能量，提供电压支撑，使光伏设备并网正常运行。采 用无功补偿设备，可以在电网侧发生瞬时故障时提 供瞬间的电压支撑，提高光伏电站各母线电压。 ２．３输电技术 ２．３．１ 多端直流输电 文献［２１］提出了一种采用相控换流器的多端直 流输电系统（ＬＣＣ—ＭＴＤＣ）进行大规模风电并网的 方法。将分布在不同地区的风电场通过相控换流器 进行联网，共同向受端交流系统供电。为保证系统 稳定运行，ＬＣＣ—ＭＴＤＣ控制中应保证所有换流器电 流整定值之和与实际运行电流之和之间留有一定 的电流裕度，同时还需要配置低压限流控制和定熄 弧角控制等辅助控制策略，作为防止换流阀换相失 败的保护措施，使得系统在故障条件下能快速 恢复。 ２－３．２柔性直流输电 柔性直流输电技术（ｖｓｃ—ＨＶＤＣ）是以电压源换 流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直 流输电技术，可以平衡电网无功、控制潮流、抑制冲 击、稳定电网和提高电网传输能力１２２１。ＶＳＣ—ＨＶＤＣ的 优势在于结构紧凑、易于建设施工、环境影响小、控 制灵活等，在离岸风电并网方面优势明显Ｉ矧。目前， 欧洲部分国家已经采用ＶＳＣ—ＨＶＤＣ来实现海上风电 并网［２４１。 ２．３．３储能技术 由于风能、太阳能等可再生能源发电具有不稳 定和不连续的特点，当风电、光伏发电所占并网发电 比例超过１０％以后，将对局部电网产生明显冲击，严 重影响电力系统的安全运行。在输电系统中配置储 能装置，有助于电网实现削峰填谷，提升电网效率， 保证电力系统运行安全。目前世界上各类储能技术 中，抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能属于成熟技 术，其中抽水蓄能已有较大规模的工程应用：钠硫电 池、锂离子电池、液流电池、超级电容器储能技术等 相对成熟，正在进入应用研发、产品开发和商业应用 的阶段 ５１ ２．４调度技术 ２．４．１动态经济调度 电力系统的传统经济调度是基于电源可靠性和 负荷预测准确性开展的，当风电、太阳能发电等间歇 性电源并人电网后，需要针对可再生能源发电开展 动态经济调度，促进电力系统经济运行 。目前，对 于动态经济调度的建模方法主要有确定性建模、模 糊建模以及概率建模 。确定性建模法是在常规优 化模型中将可再生能源发电装机容量的一定比例作 为附加备用需求的参考值 ，优化结果偏保守，会导 致备用容量的浪费。模糊建模法是对风电出力进行 模糊化处理，关键在于确定模糊变量的隶属函数，并 将风险引入目标函数中求取最优分配方案，该方法 能够反映调度决策者的意识，但主观性过强闭。概率 建模法采用随机概率模型对风速或风电功率建模。 所选择的概率密度函数主要有Ｗｅｉｂｕｌ１分布 、正态 分布ｌ ２９ ｌ等，可以准确客观地处理风电不确定性引起 的问题。 ２．４．２多能互补调度 目前我国能源资源中心与负荷中心逆向分布， 资源中心负荷水平低、电网结构薄弱、调峰能力不 强、消纳空间不足，限制了可再生能源发电规模化发 展。因此，需要发展远距离、大容量输电，电网电源 协调一致、均衡发展，因地制宜地实现远距离的多能 源互补优化调度 。以水电和风电互补调度为例，水 电和风电的波动性存在很大的互补性。风能资源的 短期波动很大而年际波动小，水能资源的波动恰恰 相反，存在着丰水年、枯水年的差异。因此，可以利 用水电调节能力强、反应速度快的优点。弥补风电短 时出力的随机性和波动性：利用风电年际波动小的 特性在枯水年或枯水季弥补水电出力的下降。 ２．４．３发电控制应用 发电控制应用（ＧＣＡ）针对日内和近实时运行的 负荷、发电出力、容量交换及输电安全约束的变化提 供调度管理的解决方案。采用最小成本的安全约束 经济调度和计划算法，分析完成所需发电出力的机 组组合。用最新的状态估计结果作为起始点，基于 能量管理系统（ＥＭＳ）提供的输电约束数据。通过发 电计划优化引擎。对不同时段的系统情况进行预测 并给出发电方案ｌ３１］。 ３发展趋势 未来，我国将迎来可再生能源发电的大发展，迫 切要求研发和应用经济、高效、可靠的并网技术，实 现网源协调的友好并网，增强智能化控制程度，提升 电力传输质量，实现跨区域多能互补和经济调度。提 升可再生能源发电的并网消纳能力。 在并网方式方面．可再生能源的并网对电网的 支撑作用将显著加强。风电机组并网需要不断改进 和优化风机的机械传动部件和变流器，提高运行稳 定性，增加风能利用效率，降低能耗，增强动态无功 能力，改善电能质量，降低并网时对电网的冲击影 响［３２Ｊ。太阳能发电并网将在提高转换效率、降低发电 成本的基础上，改进并网逆变器的控制策略．在对电 网的无功支撑、电能质量方面有所突破。比如，光伏 电站可以通过自动电压控制（ＡＶＣ）策略与装置，根 据电网电压水平和相关调度指令进行无功功率控 制，实现光伏发电智能化并网。 在控制技术方面，智能化水平和可靠程度将不 断提升。通过先进的计算机技术、通信技术、控制理 论等，智能地对运行信息进行获取、分析、处理，保 障可再生能源安全、高效并网发电。可再生能源发 电设备和输电设备的保护和控制技术均将充分考 虑可再生能源的波动性：短期、超短期发电功率预 测精度将不断提升，满足调度运行的要求：ＬＶＲＴ￣ 力将显著增强，提升可再生能源发电抵御系统故障 的能力。 在输电技术方面，直流输电和大规模储能技术 将得到发展。随着可再生能源发电容量增加，空间距 离愈加分散，远距离、大容量的柔性直流输电和多端 直流系统将得到良好发展，解决多电源供电、多落点 受电的难题，提高可再生能源发电并网可靠性和稳 定性。同时，发展经济、高效、环保的大容量储能技 术，平滑可再生能源发电的功率输出，降低可再生能 源发电出力波动对电网造成的负面影响 在调度技术方面，动态经济调度与多能互补调 新 能 源 一×一ｚ ｚ度将广泛运用。在可再生能源富集的西部地区，通过 提高水电／火电电源调节能力、扩大风电／光伏发电 消纳范围、开展风电场／光伏电站功率预测、加强对 风电场／光伏电站的控制能力等措施来提高整个系 统的调峰能力，加大跨区输电力度，将火、水、风、光 等电力打捆外送至系统规模大、调节能力相对较强 的负荷中心 ４结论 目前我国可再生能源发电已进入高速发展期， ｃ ｍｚ。＜新 能 源 一×一ｚ ｚｍｚ０、，ｃ》ｚ 未来发展潜力巨大，但也暴露出问题和不足。可再 生能源的随机性和波动性对其发电并网提出高要 求，其并网技术集中度高，涉及发电、输电、配电、调 度等多个技术环节。未来，随着并网技术的改进与 创新，可再生能源发电并网将形成网源协调、友好并 网的新局面，电力传输质量大幅提升，控制技术更加 智能，跨区域多种能源互补优化配置能力不断增强． 推动可再生能源的大规模开发。 参考文献 ［１］卫蜀作，蔡邰．中国电网高速发展与可再生能源发电的 关系ｆＪ］．电网技术，２００８，３２（５）：２６—３０． 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Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００８， ２３（２）：３０６—３１６． 【３０】田建伟，胡兆光，吴俊勇，等．远距离大容量风水互补系统 的优化调度ｌＪ１．北京交通大学学报，２０１１，３５（５）：ｌ１３—１１８． ［３１］ＣＨＥＵＮＧ Ｋ Ｗ，ＺＨＡＯ Ｅ，ＹＡＯ Ｍ，等．可再生能源发电 并网后大电网运行的智能调度…．能源技术经济， ２０１１，２３（１１）：１—７． ［３２］张国新．风力发电并网技术及电能质量控制策略『Ｊ１＿电 力自动化设备，２００９，２９（６）：１３０—１３３． （责任编缉付小平） 收稿日期：２０１３一Ｏ１—１８ 作者简介：刘俊（１９８３一），男，湖北荆门人，工程师，从事能源电力 规划及可再生能源发电并网等方面的研究＿Ｔ作。