【正文】 簡單，單臺風 力發(fā)電機組的運輸和安裝時間僅需幾個星期，可多臺同時安裝，互不干擾，且安裝一臺即可投產(chǎn)一臺。據(jù)統(tǒng)計，全球可開發(fā)的風能資源潛力約為目前全球用電量 5 倍。離網(wǎng)型的風力發(fā)電規(guī)模較小，通過蓄電池等儲能裝置或者與其他分布式能源發(fā) 電技術(shù)相結(jié)合，如風力發(fā)電 /水電互補系統(tǒng)、風 /光互補系統(tǒng)、風力發(fā)電 /柴油機組聯(lián)合供電系統(tǒng)，它可以解決無電網(wǎng)的偏遠地區(qū)的供電問題。通過積極探索國內(nèi)外智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展動態(tài)，分析中國堅強智能電網(wǎng)技術(shù)需求，調(diào)研中國智能電網(wǎng)建設(shè)已有技術(shù)基礎(chǔ)，揭示堅強智能電網(wǎng)的內(nèi)涵與特征，制定了堅強智能電網(wǎng)總目標、技術(shù)框架體系與實施計劃等。 2021 年 4 月，在前期智能電網(wǎng)研究成果的基礎(chǔ)上，華東電網(wǎng)啟動高級調(diào)度中心項目群建設(shè)，該項目是智能電網(wǎng)建設(shè)藍圖 “ 三步走 ” 的第一階段 “ 鞏固提升 ”的重點內(nèi)容。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電力的需求日益增強，而國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)不合理、能源分布不均衡嚴重制約電力行業(yè)的發(fā)展。 ㈢歐洲 英國目標是 2020 年在全國所有 2600 萬個家庭安裝智能電表，此項工作主要通過電力公司完成。預計 2020 年前日本智能電表需求量約5 千萬部，每部成本近 2 萬日元，共計約 1 萬億日元。 2020 年前相關(guān)電力設(shè)施投資預計超過 1 萬億日元。為此，對企業(yè)及地方團體實施的 100 個項目給予財政援助，計劃 2021 年前在 2600 萬個家庭安裝智能電表，相當于 09 年 3 倍。 電力技術(shù)的發(fā)展，使電網(wǎng)逐漸呈現(xiàn)出諸多新特征，如自愈、兼容、集成、優(yōu)化，而電力市場的變革，又對電網(wǎng)的自動化、信息化水平提出了更高要求，從而使智能電網(wǎng)成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。為實現(xiàn)清潔能源的開發(fā)、輸送和消納，電網(wǎng)必須提高其靈活性和兼容性。調(diào)度技術(shù)、自動化技術(shù)和柔性輸電技術(shù)的成熟發(fā)展，為可再生能源和分布式電源的開發(fā)利用提供了基本保障。同時，電網(wǎng)也在不斷吸納工業(yè)化、信息化成果，使各種先進技術(shù)在電網(wǎng)中得到集成應(yīng)用，極大提升了電網(wǎng)系統(tǒng)功能。 設(shè)備間的信息交互是實現(xiàn)電網(wǎng)智能化的最重要手段 。 賽迪顧問認為智能電網(wǎng)是以先 進的通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)為基礎(chǔ)、以電網(wǎng)設(shè)備間的信息交互為手段、以實現(xiàn)電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟、節(jié)能為目的的先進的現(xiàn)代化電力系統(tǒng)。 智能電網(wǎng)的概念 智能電網(wǎng)（ smart power grids）， 智能電網(wǎng)（ SmartGrid）是指運用 IT 技術(shù)自動控制電力供求平衡的第二代供電網(wǎng)。 2021 年 5 月，在北京召開的 “2021 特高壓輸電技術(shù)國際會議 ”上，國家電網(wǎng)公司正式發(fā)布了 “ 堅強智能電網(wǎng) ” 發(fā)展戰(zhàn)略。此外，該系統(tǒng)通過搭建并網(wǎng)電廠管理考核和輔助服務(wù)市場品質(zhì)分析平臺，能有效提升調(diào)度部門對并網(wǎng)電廠管理的標準化和流程化水平。 2021 年 2 月 10 日， 谷歌 表示已開始測試名為谷歌電表﹙ PowerMeter﹚的用電監(jiān)測軟件。 IBM 及其合作伙伴將會把馬耳他 2 萬個普通電表替換成互動式電表，這樣馬耳他的電廠就能實 時監(jiān)控用電，并制定不同的電價來獎勵節(jié)約用電的用戶。 2021 年 9 月 Google 與通用電氣聯(lián)合發(fā)表聲明對外宣布，他們正在共同開發(fā)清潔能源業(yè)務(wù)，核心是為美國打造國家智能電網(wǎng)。 2021 年美國科羅拉多州的 波爾 得 (Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個智能電網(wǎng)城市，每戶家庭都安裝了智 能電表，人們可以很直觀地了解當時的電價，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價低的時間段。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)的 “ 中樞神經(jīng)系統(tǒng) ” ，電力公司可以通過使用傳感器、計量表、數(shù)字控件和分析工具，自動監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復供電，消費者對電力使用的管理也可細化到每個聯(lián)網(wǎng)的裝置。這時候的智能電網(wǎng)應(yīng)該是指輸配電過程中的自動化技術(shù)。比如，一臺空調(diào)運轉(zhuǎn) 15 分鐘，以把室內(nèi)溫度維持在 24℃ ；而另外兩臺空調(diào)可能會在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運 15 分鐘。本文還討論了風力發(fā)電和光伏發(fā)電機組 在不同位置接入 智能 電網(wǎng)對電壓水平的影響，重點研究了當風力發(fā)電和 光伏發(fā)電機組位于饋 線 上時，其對電壓水平的影響 。 2021213 至 2021311 畢業(yè)設(shè)計論文 課題 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與探 討 專 業(yè)： 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 學員姓名 : 張潔 指導教師： 黃娜 設(shè)計時間： 答辯教師： 武漢電力職業(yè)技術(shù)學院 WUHAN ELECTRIC POWER TECHNICAL COLLEGE 封二 摘 要 風力發(fā)電和光伏發(fā)電是一類特殊的電力，具有許多不同于常規(guī)能源發(fā)電的特點，由于其并 入電網(wǎng)的電能呈波動性，大規(guī)模的風電和光電并網(wǎng)對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、運行調(diào)度等諸多方面都會有一定影響 。 關(guān)鍵詞 ： 電力系統(tǒng)、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、并網(wǎng)運行、可靠性 。這樣，在不犧牲每個個體的前提下，整個大樓的節(jié)能目標便可以實現(xiàn)。 2021 年中期，一家名叫 “ 網(wǎng)點 “(Grid Point) 的公司最近開始出售一種可用于監(jiān)測家用電路耗電量的電子產(chǎn)品，可以通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)調(diào)整家用電器的用電量。這個可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個解決方案，標志著智能電網(wǎng)概念的正式誕生。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風電和太陽能等清潔 能源 。 2021 年 1 月 25 日 美國 白宮 最新發(fā)布的《復蘇計劃尺度報告》宣布：將鋪設(shè)或更新 3000 英里 輸電線路 ，并為 4000 萬美國家庭安裝智能電表 —— 美國行將推動互動電網(wǎng)的整體革命。這個工程價值高達 9100 萬美元（合 7000萬歐元），其中包括在 滇 網(wǎng)中建立一個傳感器網(wǎng)絡(luò)。這是一個測試版在線儀表盤，相當于谷歌正在成為信息時代的公用基礎(chǔ)設(shè)施。 美國谷歌 2021 年 3 月 3 日向美國議 會進言，要求在建設(shè) “ 智能電網(wǎng)（ Smart Grid） ” 時采用非壟斷性標準。 2021 年 8月，國家電網(wǎng)公司啟動了智能化規(guī)劃編制、標準體系研究與制定、研究檢測中心建設(shè)、重大專項研究和試點工程等一系列工作。主要利用能夠進行雙向通訊的智能電表（ SmartMeter），即時掌握家庭 太陽能發(fā)電量和電力消費量等信息。 通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ) 。 現(xiàn)在的電網(wǎng)除了一些二次設(shè)備可以實現(xiàn)遠程操作外，其他信息基本上是單向傳輸，而未來智能電網(wǎng)將會形成一種新的通信和交互機制，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備間的信息交互，以此為依托可以大幅度提高電網(wǎng)的智能性。 （ 1）智能電網(wǎng)是電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。通信網(wǎng)絡(luò)的完善和用戶信息采集技術(shù)的推廣應(yīng)用，促進了電網(wǎng)與用戶的雙向互動。為抵御日益頻繁的自然災(zāi)害和外界干擾，電網(wǎng)必須依靠智能化手段不斷提高其安全防御能力和自愈能力。 國 際智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀 世界主要發(fā)達國家均在抓緊智能電網(wǎng)建設(shè)工作。 奧巴馬總統(tǒng)強調(diào)說， “ 現(xiàn)在是建設(shè)綠色能源高速公路的時代 ” 。 智能電表作為第二代智能電網(wǎng)的核心設(shè)備，主要測量每個家庭電力消費情況及隨時掌握太陽能發(fā)電量等信息。 日本智能電網(wǎng)與歐美不同，主要特征是積極地利用家庭進行太陽能發(fā)電。并且已正式進行了適應(yīng)風力發(fā)電等可再生能源的智能電表等相關(guān)實驗。特高壓電網(wǎng)解決了遠距離、大容量輸電問題，在一定程度上解決了能源輸送問題，但 “ 重電源輕電網(wǎng) ” 導致供電可靠性較低，同時網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱則限制了新能源有效利用。 從 2021 年華北電網(wǎng)公司開始進行智能電網(wǎng)相關(guān)的研究和建設(shè)，致力于打造智能調(diào)度體系，為智能輸電網(wǎng)奠定基礎(chǔ)；建立企業(yè)級服務(wù)總線，搭建智能電網(wǎng)信息架構(gòu)；超前研發(fā)清潔能源關(guān)鍵技術(shù)，做好可再生能源并網(wǎng)準備；結(jié)合客戶信息采集系統(tǒng)，試點建設(shè)智能供電網(wǎng)。 2021 年 5 月 21 日，在北京召開的 “2021 特高壓輸電技術(shù)國際會議 ” 上，國家電網(wǎng)公司正式宣布將建設(shè) “ 堅 強的智能電網(wǎng) ” ，并公布了規(guī)劃試點、全面建設(shè)、引領(lǐng)提升三階段的建設(shè)方案。并網(wǎng)型風力發(fā)電是規(guī)模較大的風力發(fā)電場，容量大約為幾兆瓦到幾百兆瓦，由幾十臺甚至成百上千臺風力發(fā)電機組構(gòu)成。（ 2）可再生，清潔無污染。一個 10 兆瓦級的風力發(fā)電場建設(shè)工期不超過一年。（ 5）技術(shù)逐漸成熟，發(fā)電成本降低。現(xiàn)有的技術(shù)條件，如改變風力機葉片的漿距角，只能在很有限的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。通 常認為風力發(fā)電只能提供電力而不能提供有效的發(fā)電容量。 90 年代以來，自風力發(fā)電容量以每年平均 22%的速度增長，近五年的增長速度為 35%~50%，在各種發(fā)電方式中風力發(fā)電量增長速度居于 首位 [9][10]。風力發(fā)電在一些風能資源利用較好的國家 ，如丹麥和德國，已經(jīng)占到總發(fā)電量的 10％和 ％ 。 表 風力發(fā)電在全球總發(fā)電量中所占 比率 在我國有廣闊的發(fā)展前景，主要原因有：（ 1）我國風力資源豐富，具有開發(fā)風力發(fā)電的巨大潛力；（ 2）國家政府部門的鼓勵政策。 表 中國并網(wǎng)風力發(fā)電機組發(fā)展規(guī)劃目標（ MW） 我國的風力發(fā)電興起于 20 世紀 80 年代，最初的風力發(fā)電設(shè)備和技術(shù)都是依靠進口。我國具有開發(fā)風力發(fā)電的良好基礎(chǔ)和廣闊前景。 圖 光 伏發(fā)電系統(tǒng)按與電力系統(tǒng)關(guān)系分類，也通常分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并 網(wǎng) 光伏發(fā)電系統(tǒng)。與孤立運行的光伏發(fā)電站相比，并入大電網(wǎng)可以給光伏發(fā)電帶來諸多好處 ； （ 1）不必考慮負載供電的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量問題。光伏發(fā)電所發(fā)的直流電能經(jīng)變換器變換成與電網(wǎng)相同頻率的交流電能 ，以電壓源或電流源的方式送入電力系統(tǒng)。因此并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)不需要額外的蓄電池，降低了系統(tǒng)運行成本，提高了系統(tǒng)運行和供電的穩(wěn)定性。晶體硅的壽命可達 20 年以上。(3)安裝維護簡單，運行成本低。 (6)太陽能資源豐富，分布范圍廣。其中日本的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量 46%。日本安裝了 292MW， 比前一年增長了 14%。在 2021 年光伏發(fā)電提供的電力將占總發(fā)電量的 1%，到 2040 年將占總發(fā)電量的 26%。它標志著光伏發(fā)電由邊遠地區(qū)和特殊應(yīng)用正在向城市過渡，由補充能源向替代能源過渡，由大型集中電站向分布式供電模式過渡。穩(wěn)定且不斷發(fā)展的市場和強有力的政府支持是光伏電池研發(fā)的根本動力。鼓勵發(fā)展利用太陽能，鼓勵改造傳統(tǒng)能源利用技術(shù)，提高能源利用效率，降低污染排放，并給予稅收優(yōu)惠等支持政策。風力發(fā)電和光伏發(fā)電的接入將原來輻射型無源電網(wǎng)變成了有源環(huán)網(wǎng)，系統(tǒng)因為潮流變化頻繁，系統(tǒng)保護配置，電壓調(diào)整比較困難，給系統(tǒng)安全運行帶來新的挑戰(zhàn)。其 中 ， IEC100037 評 估 了 風 力 發(fā) 電 對 電 網(wǎng) 電 能 質(zhì) 量 的 影 響 。當風力發(fā)電和光伏發(fā)電總?cè)萘枯^大時尤其可能出現(xiàn)這種情況。 (2)影響配電系統(tǒng)上的保護開關(guān)動作程序。 (5)光伏發(fā)電系統(tǒng)若采用單相供電而造成系統(tǒng)三相負載的欠相供電問題。 可靠性問題 風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對可靠性產(chǎn)生不利的影響為：（ 1）大系統(tǒng)停電時有些風力發(fā)電和光伏發(fā)電也會同時停運，仍無法提高供電的可靠性。（ 2）在適當?shù)娘L力發(fā)電和光伏發(fā)電布置和電壓調(diào)節(jié)方式下，風力發(fā)電和光伏發(fā)電可緩解電壓驟降，提高系統(tǒng)對電壓的調(diào)節(jié)性能。換流器和其他電子裝置對電壓畸變是很敏感的， 3%左右的電壓畸變就會讓它們把風力發(fā)電和光伏發(fā)電裝置切除。（ 4）故障切除不及時，會發(fā)生暫態(tài)電壓失穩(wěn)。進而導致風力發(fā)電和光伏發(fā)電接入系統(tǒng)后電壓穩(wěn)定裕度多變且難以預測。國內(nèi)外的學者和工程技術(shù)人員通常采用風力發(fā)電穿透功率極限或風力發(fā)電場短路容量比來表征電力系統(tǒng)中風力發(fā)電規(guī)模的大小，以此作為計算分析和進行評價的依據(jù)。 電網(wǎng)效應(yīng)問題 風力發(fā)電和光伏發(fā)電的接入可能使配網(wǎng)的某些設(shè)備閑置或成為備用。風力發(fā)電和光伏發(fā)電可能增大也可能減小系統(tǒng)網(wǎng)損，取決于風力發(fā)電和光伏發(fā)電的位置、容量與負荷量的相對大小以及網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)等因素。如圖 所示。計算結(jié)果顯示當風力發(fā)電和光伏發(fā)電接入配電線路后，使得整條線路的靈敏度降低。假設(shè)兩條線路具有相同的長度和單位阻抗，風力發(fā)電和光伏發(fā)電接在距離線路末端 1/4 處。因此，在由繼電保護動作切除故障之后，電弧將自動熄滅，短路處的絕緣大多可以自動恢復。例如，中國西部地區(qū)氣候特點經(jīng)常是白天風力小、夜間風力大，而白天只 要天氣晴好，光伏系統(tǒng)就能正常發(fā)電運行，夜間光伏系統(tǒng)停止發(fā)電，因此發(fā)電正好構(gòu)成一定的互補關(guān)系。為了分析研究風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響，需要建立合理的數(shù)學模型。 風力發(fā)電系統(tǒng)的基本模型 并 網(wǎng)型風力發(fā)電機組發(fā)電原理 典型的并網(wǎng)型風力發(fā)電機組主要包括起支撐作用的塔架、風能的吸收和轉(zhuǎn)換裝置 —— 風輪機（葉片、輪轂及其控制器），起連接作用的傳 動機構(gòu) —— 傳動軸、齒輪箱、輪轂，能量轉(zhuǎn)換裝置 —— 發(fā)電機，以及其他風機運行控制系統(tǒng) —— 偏航系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等。恒速恒頻風力發(fā)電機組在額定轉(zhuǎn)速附近運行，滑 差變化范圍很小，發(fā)電機輸出頻率變化也很小，所以稱為恒速恒頻風力發(fā)