风电智能化技术未来发展方向探究
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摘要：近几年，作为清洁能源的风力发电在电网中所占比重越来越大，深入研究风电场相关技术，包括智能化升压站的监控系统、风力发电机在线状态监测、电网接纳能力及对电网安全稳定影响研究等关键技术已刻不容缓，这些技术的研究及应用将为风电的有效并网和高效利用提供有效保证。本文主要从风电智能化技术的特点和优势出发，分析目前国内大规模的风电建设带来的问题，给出利用风电场智能化技术的解决策略，并为风电智能化技术的未来发展指明了方向，即在风能资源匮乏地区加以利用能量管理方面的应用，加快实现碳达峰、碳中和的计划目标，从而促进我国绿色经济、低碳经济发展。
关键词：风电智能化技术；发展方向；风电机组
1绪论
1.1研究背景
在快速发展的人工智能技术背景下，多数理论及方法已经被广泛引入到能源电力行业领域中，尤其是在新能源风力发电行业得到广泛应用，包括传感感知、建模、计算、存储、传输、控制等方面，但是因为风力发电的区域都是在一些地广人稀的地方，从而造成控制系统会出现很多问题，所以智能化控制系统技术出现，如果将其智能化控制技术合理地融入到风力发电自动化的控制系统中，那么可以促进该行业持续稳定的发展，对我国社会经济建设具有着重要的作用，因此要引起足够的重视。为了实现“双碳”目标，必须加快构建以新能源为主题的新型电力系统，大力提升新能源消纳和存储能力，以能源电力绿色低碳发展引领经济社会系统性变革。我国风电发展趋势将是稳步推进风电基地的发展，积极开展分布式风电，将大规模集中开发和分布式发展模式有机结合，因地制宜发展。但是因为风力发电的区域都是在一些地广人稀的地方，所以在控制系统中存在很多的问题。如果我们把智能化技术应用到控制系统上，可以达到很好的效果，也可以相对的促进我国风力发电事业持续稳定的发展。
1.2国内外的现状研究
“十三五”末，全国跨区跨省输电通道加快推进，区域电网主网架不断完善，华北、华东特高压主网架基本形成，华中、东北、西北主网架持续优化，区域电网形成以特高压、超高压为骨干网架，同步优化各级输配电网，对分布式电源接入和用电需求多样化的适应性进一步加强完善。如图1所示，我国在2019年风电装机容量已经达到了21005万千瓦，在全球累计风电装机容量的占比大致为32.29%，较2018年上升约1个百分点。从整体上来看，我国累计装机容量所占比重整体一直都呈现上升的趋势，并在全球位列前茅。在国外，美国总统布什在早年就曾提出“电网规划”，这一规划指出建设现代化的电力系统不但可以保护经济安全，同时还可以促进电力系统安全的运行。这个规划的主要内容包括了为所有用户提供高度安全、可靠、数字化的供电服务，在全国实现成本合理、生产过程无污染、低碳排放的供电，经济实用的储能设备，建成超导材料的骨干网架。
2风电智能化技术的特点和优势
作为可再生能源的风力，我国对风力发电研究进入到快速发展的重要性阶段，因为风力发电有着随机性和间歇性，就会导致在进行大规模的风电并网时会一定程度上出现影响电网的安全和电力质量的问题。为了能够合理有效地控制出现的功率间歇性和波动性问题，则需要重点对风电设备的有效功率进行平衡。但增加对应的平衡设备又会导致电网侧设备规模的不断扩大，从而导致风电设备发电的效率降低，所以在风力发电的过程中，最为关键的就是智能化技术的应用，可以有效地对电网的整体发电效率进行提高。
3目前国内大规模风电带来的问题
3.1电网电压控制难度高
随着风电场不断地大规模接入电网，使得部分电网出现了较大困难，这个困难就是电网运行电压控制。目前中国的风能资源离负荷中心较远，风电大多数是接入一些薄弱的电网，并且这些电网很少受常规水火电厂的支撑，因此，这些区域的电网电压非常容易受到电场中有功或者是无功出力的干扰。倘若有阵风经过风电场时，在短短的分钟内，风功率有极大的可能出现大幅度的涨落，从而风电场中并网点的电压受到大幅度的波动。因而如何更好的应对风电中的波动性特点，风电场中侧自动电压的控制问题一直受到相关技术人员的关注，并为之研究。
3.2局部电网接纳能力不足
电网的风电接纳能力受多种因素的限制。无功电压问题电压稳定性、暂态稳定性调频、调峰、电能质量等都是限制风电接入容量的重要方面，并且在不同电网，限制风电接纳能力的因素略有差异，比如在吉林电网调峰、调频问题是限制风电出力的主要矛盾，而在张家口地区无功电压及线路热稳定问题是限制风电出力的主要因素；并且随着风电容量的增加限制因素可能变得更加复杂，解决这一问题需要在统筹规划技术改造和管理等多方面开展工作。
4利用风电场智能化技术的解决策略
4.1降低电网电压的控制难度
定速风电机组运行中需要从电网吸收一定的无功功率，双馈变速风电机组和永磁直驱风电机组普遍采用定功率因数方式运行。对于小型风电场采用集中无功补偿后，风电场电压控制问题不大，但对于大型风电场需要风电机组具有一定的无功调节能力，这需要通过技术和管理手段促进风电机组制造厂家进行技术改造。国内大部分已运行风电机组普遍不具有无功调节能力，风电场的无功控制只能通过额外安装静态或动态无功补偿装置来实现。电网已经颁布的一系列标准规定已经提出了无功调节的要求，用于指导在建风电场进行无功建设。
4.2加大局部电网的技术升级
一方面，要加快风能资源丰富地区电网装备技术升级。大陆风能丰富的地区基本都处在偏远、落后且电网结构薄弱的地区。风能大规模集中开发的首要的问题是如何将巨大的风能安全地接入电网。因此，必须在风能资源丰富的地区全面升级电网技术装备。另一方面，也要升级电网大范围优化资源配置的技术。我国能源资源的分布和经济发展特点要求我国电网必须具有在较大范围内优化资源配置的能力，我国风能资源丰富地区主要分布在“三北”地区，大量风电功率需要远距离外送需要建设特高压骨干网架的坚强智能电网，提高电网资源配置能力，当前电网已经开展了一些相关研究需要立足于已有研究成果进一步深化。
5我国风电智能化技术未来的发展方向
5.1风能资源匮乏地区的应用
完善风能资源数值计算与分析标准，逐步建立山地和近海风电场风能资源评估、风尾流以及风电场风功率预报有关的规范化数值计算标准与方法。随着大规模风电的发展，建立一整套大型风电场风能资源评估数值模拟计算标准与方法，形成和应用完善的风电场风能数值预报标准化计算方法，主要包括短临和短时预报，中期和长期趋势预测等标准化技术方法。研究适用于高空风能资源利用的风能资源评价技术，制定区域风能资源质量评价标准。
5.2分布式系统方面的应用
结合我国的实际国情，研制实用型分散式风力-太阳能发电系统，符合我国由大机组、大电厂、大电网向大电网与小型、分散电源相结合的新能源发展政策。根据系统发电、负荷用电状况，实现系统的供需平衡，灵活实现各分散电源的组合。现场能量管理系统在可再生能源大于负荷需求时，可将多余的电能用蓄电池储存或用于辅助供电，比如制氢等，或根据上一级调度的要求将多余电能提供给大网，可再生能源不能满足基本负载要求时，在充分利用可再生能源的前提下，不足部分由大网来进行适当的补充。
5.3加快实现碳达峰、碳中和
我国在2014年首次提出了碳达峰和碳中和的计划，该计划有利于减缓二氧化碳的排放速度，同时二氧化碳的排放规模也能得到有效缓解。为达到“双碳”的终极目标，提高能源的效率，并改善能源结构，必须要加快煤炭消费率先达峰计划的推进工作，从而实现能源转型替代。全国各地也在不断地增加生物质能源的利用率，比如太阳能发电、风力发电、核能发电等等，不仅如此，在实现煤炭代替的同时也要注意煤炭的高效利用，并不断创新碳捕捉技术，在谈的二次利用中也能实现低碳化的目标。
6结语
综上所述，智能化的风电系统主要是通过在智能化信息大数据和云计算信息技术两者的应用下，提升风能资源预测水平，加快分布式系统方面的应用等。通过将智能化技术与互联网进行一体化应用，能够促进风电系统新型管理模式的形成，并使得风电系统在运行过程中产生的各种管理问题得到高效的解决，进而为我国风力发电场可靠、稳定运行提供强有力的技术保障。
作者:史明亮 单位:国华能源投资有限公司
