風(fēng)電并網(wǎng)實(shí)際上在智能并網(wǎng)的范疇里，是一個(gè)比較窄的問(wèn)題。但是從另一個(gè)角度講，不管是政府部門(mén)、工業(yè)部門(mén)還是學(xué)術(shù)部門(mén)，現都在討論智能并網(wǎng)的各種問(wèn)題，獲得普遍認可的是要促進(jìn)大規模的可再生能源在并網(wǎng)當中的利用，這是實(shí)現智能并網(wǎng)核心目標之一。

    1 中國風(fēng)電發(fā)展現狀

    中國的風(fēng)電發(fā)展藍圖規劃了8大風(fēng)電企業(yè)。根據國家發(fā)改委規劃，風(fēng)電并網(wǎng)規模到2012年底將達到6000萬(wàn)千瓦，這一數字現在是4000萬(wàn)千瓦，發(fā)展速度之快由此可見(jiàn)。據預測，在現代核電發(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(wèn)題的角度來(lái)看，丹麥的注入率是沒(méi)有代表性的。我國如內蒙、甘肅、西寧等地，現風(fēng)電的注入率已經(jīng)超過(guò)當地電網(wǎng)的20%-30%。所以，風(fēng)電已成為主力電之一，這個(gè)概念是非常核心的一部分。

   2 電力系統可靠運行的基本問(wèn)題

    在談風(fēng)電之前，先簡(jiǎn)單地介紹一下電力系統在運行方面的一些基本問(wèn)題。主要是兩個(gè)方面，一是供電充裕性，即足夠發(fā)電滿(mǎn)足峰荷的能力；二是安全穩定性，即在電網(wǎng)面臨各種擾動(dòng)的情況下恢復平衡的能力。以上是電力系統現在在運行方面存在的兩個(gè)主要問(wèn)題。

    供電充裕性問(wèn)題，從時(shí)間尺度來(lái)講，是一個(gè)靜態(tài)問(wèn)題，而安全穩定性問(wèn)題是一個(gè)動(dòng)態(tài)問(wèn)題。那么，如何能夠保證供電充裕的問(wèn)題主要是從幾個(gè)方面體現的，包括負荷靜態(tài)特性、發(fā)電/輸電規劃、系統運行調度。保證安全穩定性問(wèn)題也包括幾個(gè)關(guān)鍵的因素，如負荷的動(dòng)態(tài)特性、電源動(dòng)態(tài)特性、系統的控制保護。

    3 風(fēng)電與常規發(fā)電的區別

    在風(fēng)電并網(wǎng)以后，從長(cháng)時(shí)間的角度，可以把風(fēng)電看成靜負荷，風(fēng)電并網(wǎng)對靜負荷的影響是一方面；另外風(fēng)電作為電源，在比較短的時(shí)間內，其動(dòng)態(tài)發(fā)電跟常規的同步發(fā)電有非常大的區別，這個(gè)區別對于電力系統是最核心、最基本的問(wèn)題。

   談到風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題，首先是要考慮風(fēng)電作為一個(gè)電源，跟常規電源的區別，這是整個(gè)問(wèn)題最核心的因素。實(shí)際上就是兩個(gè)方面，一方面是風(fēng)電場(chǎng)合的區域風(fēng)電出力，當然這個(gè)決定因素是氣象，另外風(fēng)機本身對它的出力在一定的情況下有可控性，即氣象擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)出力相應特性。另一方面，是作為一個(gè)電源它的動(dòng)態(tài)內電勢，電源都具有內電勢，在整個(gè)的電力系統里，各個(gè)電源在運行過(guò)程當中是不是能夠保持穩定、保持同步，即電網(wǎng)電壓擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)內電勢相應特性。風(fēng)電作為一個(gè)電源，它的內電勢相應特性與常規發(fā)電有非常大的區別。

   以上是兩個(gè)在不同的時(shí)間尺度上最主要的、核心的區別。這個(gè)區別從根本上很明確，主要是一次資源特性的區別，從燒煤到燃氣，現在風(fēng)電的資源是風(fēng)。另外就是發(fā)電設備本身及其控制方式的區別。那么，這個(gè)區別的內涵，從時(shí)間尺度比較大的、靜態(tài)出力的角度講有兩個(gè)重要的因素，一是波動(dòng)性，二是預測結果不確定性。很多人都認為風(fēng)電是隨機的，實(shí)際上這一說(shuō)法并不準確，如果預測結果是完全確定的話(huà)，風(fēng)電的出力就不是隨機的。所以，到底系統帶來(lái)多少不確定性，是取決于預測結果有多少不確定性，這一點(diǎn)是非常重要的。

    另外，從動(dòng)態(tài)的角度來(lái)講，實(shí)際上也有兩個(gè)核心的區別，一是隨動(dòng)同步的問(wèn)題。風(fēng)電作為電源，它的同步方式跟常規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，常規電廠(chǎng)的動(dòng)態(tài)特性在控制設計上總是面臨電氣、電網(wǎng)的電氣保護，它的反應總是朝著(zhù)穩定的電氣去設計的。但是風(fēng)電不一樣，風(fēng)電當前的控制設計是完全不管這些擾動(dòng)的，換句話(huà)講，在電網(wǎng)出現短時(shí)間尺度擾動(dòng)的時(shí)候，風(fēng)電不會(huì )去響應這些擾動(dòng)，平抑這些擾動(dòng)、維持電網(wǎng)穩定的負擔就落到了同步發(fā)電機上了，這是一個(gè)很重要的區別。這兩個(gè)方面給電網(wǎng)的供電充裕性和安全問(wèn)題帶來(lái)很大的影響。

    出力波動(dòng)及預測誤差的時(shí)空特性是基礎研究課題。我覺(jué)得對于波動(dòng)存在很多的誤區，大家經(jīng)常說(shuō)風(fēng)電有秒級的波動(dòng)、分鐘級的波動(dòng)，從電力系統的角度來(lái)看，這樣的說(shuō)法是不全面的。因為電力系統看到的不是一臺風(fēng)級的處理，也不是一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的處理，只要是并到電網(wǎng)來(lái)了，電網(wǎng)看到的是整個(gè)并在電網(wǎng)的風(fēng)電總體數。所以，風(fēng)機的處理和整個(gè)電網(wǎng)的處理完全不一樣?，F在大家有共識，電網(wǎng)看到的風(fēng)電波動(dòng)基本上是在幾十分鐘以上，電網(wǎng)不可能看到秒級的波動(dòng)、也沒(méi)有分鐘級，這是從波動(dòng)的角度來(lái)看。另一方面，從預測誤差的角度，現在也存在很多觀(guān)點(diǎn)，如經(jīng)常有人說(shuō)預測軟件已經(jīng)達到多少誤差，這其中也存在很多誤區。誤差首先是跟預測時(shí)間尺度、空間有關(guān)系，時(shí)間尺度越長(cháng)，則精度越大；空間的尺度越大，則精度越高。就是說(shuō)談預測軟件一定要談到時(shí)間和空間的尺度。

    4 我國風(fēng)電發(fā)展面臨的獨特挑戰

    從整體來(lái)講，風(fēng)電并網(wǎng)以后，一方面帶來(lái)的是風(fēng)電的充裕問(wèn)題，主要是公共預測的不確定性的問(wèn)題。另一方面是整個(gè)電網(wǎng)的穩定問(wèn)題，這個(gè)主要的因素是電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性。在我國，風(fēng)電的開(kāi)發(fā)模式跟國際上有很大的區別，這種區別引起了在這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題上的中國新的特色。

   （1）高集中度開(kāi)發(fā)

   我們國家風(fēng)電開(kāi)發(fā)的密度非常高，總的來(lái)講，基本上是國際上的3倍。這帶來(lái)什么問(wèn)題呢？ 高集中度開(kāi)發(fā)時(shí)區域風(fēng)電場(chǎng)間出力波動(dòng)的“強相關(guān)性”，嚴重惡化系統供電平衡問(wèn)題。

    （2）長(cháng)距離傳輸

    我們國家都是在三北地區供電，如甘肅，風(fēng)電場(chǎng)距離蘭州838公里，規劃到達湖南的輸電線(xiàn)路傳輸距離達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。那么遠距離輸送風(fēng)電帶來(lái)了什么問(wèn)題？除普遍關(guān)注的風(fēng)電并網(wǎng)的問(wèn)題之外，帶來(lái)的一個(gè)最核心的問(wèn)題就是遠距離輸電時(shí)發(fā)電單元間的擾動(dòng)“強耦合性”，嚴重惡化電力系統動(dòng)態(tài)穩定問(wèn)題。

    5 未來(lái)研究方向

    針對以上問(wèn)題，從基礎研究的角度來(lái)講，對風(fēng)電的波動(dòng)、預測有三個(gè)基本問(wèn)題：首先是風(fēng)電怎么預測；其次，風(fēng)電廠(chǎng)本身的風(fēng)機控制系統，對風(fēng)電波動(dòng)是有一定程度的可控性的，這種可控性需要被利用起來(lái)。再次，了解了風(fēng)電在大區域里面怎么去波動(dòng)以后，如何去規劃相應的電源、電源的組成，尤其是響應速度，此外，如何去規劃輸電，以及這些電源和輸電規劃以后剩下實(shí)時(shí)的調度問(wèn)題。

    從穩定的角度來(lái)講，需要研究的問(wèn)題有兩個(gè)方面：第一是辨識干擾。第二是在辨識這些擾動(dòng)的特征以后，如何優(yōu)化整個(gè)系統？

   從波動(dòng)引起的供電的充裕性問(wèn)題，我認為需要出現一些新的思想和方法。首先從預測角度上，這種預測是為了讓預測能夠抓住風(fēng)電處理的變化率，預測必須要由靜態(tài)走到動(dòng)態(tài)。另外從規劃的角度來(lái)講，裝機容量的規劃必須過(guò)渡到容量變化的內容里。從調度的角度來(lái)講，是有驅動(dòng)性的。如果風(fēng)電的預測不夠準確，調度必須要從確定性過(guò)渡到這個(gè)層面。

    （以上內容根據袁小明教授于2011中國自動(dòng)化大會(huì )上所做報告整理）

    袁小明

    華中科技大學(xué)教授，千人計劃國家特聘專(zhuān)家，973 國家重大基礎研究項目首席科學(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)獲得電力系統繼電保護專(zhuān)業(yè)學(xué)士學(xué)位，浙江大學(xué)獲得電力電子專(zhuān)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(zhuān)業(yè)博士學(xué)位。  

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第一期