风电并网实际上在智能并网的范畴里，是一个比较窄的问题。但是从另一个角度讲，不管是政府部门、工业部门还是学术部门，现都在讨论智能并网的各种问题，获得普遍认可的是要促进大规模的可再生能源在并网当中的利用，这是实现智能并网核心目标之一。

    1 中国风电发展现状

    中国的风电发展蓝图规划了8大风电企业。根据国家发改委规划，风电并网规模到2012年底将达到6000万千瓦，这一数字现在是4000万千瓦，发展速度之快由此可见。据预测，在现代核电发展面临困难的情况下，风电即将成为第三大电力主业。

    谈到注入率，很多人以丹麦为例，实际上从风电并网引发的问题的角度来看，丹麦的注入率是没有代表性的。我国如内蒙、甘肃、西宁等地，现风电的注入率已经超过当地电网的20%-30%。所以，风电已成为主力电之一，这个概念是非常核心的一部分。

   2 电力系统可靠运行的基本问题

    在谈风电之前，先简单地介绍一下电力系统在运行方面的一些基本问题。主要是两个方面，一是供电充裕性，即足够发电满足峰荷的能力；二是安全稳定性，即在电网面临各种扰动的情况下恢复平衡的能力。以上是电力系统现在在运行方面存在的两个主要问题。

    供电充裕性问题，从时间尺度来讲，是一个静态问题，而安全稳定性问题是一个动态问题。那么，如何能够保证供电充裕的问题主要是从几个方面体现的，包括负荷静态特性、发电/输电规划、系统运行调度。保证安全稳定性问题也包括几个关键的因素，如负荷的动态特性、电源动态特性、系统的控制保护。

    3 风电与常规发电的区别

    在风电并网以后，从长时间的角度，可以把风电看成静负荷，风电并网对静负荷的影响是一方面；另外风电作为电源，在比较短的时间内，其动态发电跟常规的同步发电有非常大的区别，这个区别对于电力系统是最核心、最基本的问题。

   谈到风电并网带来的问题，首先是要考虑风电作为一个电源，跟常规电源的区别，这是整个问题最核心的因素。实际上就是两个方面，一方面是风电场合的区域风电出力，当然这个决定因素是气象，另外风机本身对它的出力在一定的情况下有可控性，即气象扰动作用下的动态出力相应特性。另一方面，是作为一个电源它的动态内电势，电源都具有内电势，在整个的电力系统里，各个电源在运行过程当中是不是能够保持稳定、保持同步，即电网电压扰动作用下的动态内电势相应特性。风电作为一个电源，它的内电势相应特性与常规发电有非常大的区别。

   以上是两个在不同的时间尺度上最主要的、核心的区别。这个区别从根本上很明确，主要是一次资源特性的区别，从烧煤到燃气，现在风电的资源是风。另外就是发电设备本身及其控制方式的区别。那么，这个区别的内涵，从时间尺度比较大的、静态出力的角度讲有两个重要的因素，一是波动性，二是预测结果不确定性。很多人都认为风电是随机的，实际上这一说法并不准确，如果预测结果是完全确定的话，风电的出力就不是随机的。所以，到底系统带来多少不确定性，是取决于预测结果有多少不确定性，这一点是非常重要的。

    另外，从动态的角度来讲，实际上也有两个核心的区别，一是随动同步的问题。风电作为电源，它的同步方式跟常规电源的同步方式是完全不一样的。二是弱抗扰性和弱支撑性，常规电厂的动态特性在控制设计上总是面临电气、电网的电气保护，它的反应总是朝着稳定的电气去设计的。但是风电不一样，风电当前的控制设计是完全不管这些扰动的，换句话讲，在电网出现短时间尺度扰动的时候，风电不会去响应这些扰动，平抑这些扰动、维持电网稳定的负担就落到了同步发电机上了，这是一个很重要的区别。这两个方面给电网的供电充裕性和安全问题带来很大的影响。

    出力波动及预测误差的时空特性是基础研究课题。我觉得对于波动存在很多的误区，大家经常说风电有秒级的波动、分钟级的波动，从电力系统的角度来看，这样的说法是不全面的。因为电力系统看到的不是一台风级的处理，也不是一个风电场的处理，只要是并到电网来了，电网看到的是整个并在电网的风电总体数。所以，风机的处理和整个电网的处理完全不一样。现在大家有共识，电网看到的风电波动基本上是在几十分钟以上，电网不可能看到秒级的波动、也没有分钟级，这是从波动的角度来看。另一方面，从预测误差的角度，现在也存在很多观点，如经常有人说预测软件已经达到多少误差，这其中也存在很多误区。误差首先是跟预测时间尺度、空间有关系，时间尺度越长，则精度越大；空间的尺度越大，则精度越高。就是说谈预测软件一定要谈到时间和空间的尺度。

    4 我国风电发展面临的独特挑战

    从整体来讲，风电并网以后，一方面带来的是风电的充裕问题，主要是公共预测的不确定性的问题。另一方面是整个电网的稳定问题，这个主要的因素是电网的动态特性。在我国，风电的开发模式跟国际上有很大的区别，这种区别引起了在这两个关键问题上的中国新的特色。

   （1）高集中度开发

   我们国家风电开发的密度非常高，总的来讲，基本上是国际上的3倍。这带来什么问题呢？ 高集中度开发时区域风电场间出力波动的“强相关性”，严重恶化系统供电平衡问题。

    （2）长距离传输

    我们国家都是在三北地区供电，如甘肃，风电场距离兰州838公里，规划到达湖南的输电线路传输距离达2800多公里。而在国际上，传输距离较近，与我国的情况差别非常大。那么远距离输送风电带来了什么问题？除普遍关注的风电并网的问题之外，带来的一个最核心的问题就是远距离输电时发电单元间的扰动“强耦合性”，严重恶化电力系统动态稳定问题。

    5 未来研究方向

    针对以上问题，从基础研究的角度来讲，对风电的波动、预测有三个基本问题：首先是风电怎么预测；其次，风电厂本身的风机控制系统，对风电波动是有一定程度的可控性的，这种可控性需要被利用起来。再次，了解了风电在大区域里面怎么去波动以后，如何去规划相应的电源、电源的组成，尤其是响应速度，此外，如何去规划输电，以及这些电源和输电规划以后剩下实时的调度问题。

    从稳定的角度来讲，需要研究的问题有两个方面：第一是辨识干扰。第二是在辨识这些扰动的特征以后，如何优化整个系统？

   从波动引起的供电的充裕性问题，我认为需要出现一些新的思想和方法。首先从预测角度上，这种预测是为了让预测能够抓住风电处理的变化率，预测必须要由静态走到动态。另外从规划的角度来讲，装机容量的规划必须过渡到容量变化的内容里。从调度的角度来讲，是有驱动性的。如果风电的预测不够准确，调度必须要从确定性过渡到这个层面。

    （以上内容根据袁小明教授于2011中国自动化大会上所做报告整理）

    袁小明

    华中科技大学教授，千人计划国家特聘专家，973 国家重大基础研究项目首席科学家。2002-2008 年任GE 全球研究中心（上海）电力电子研究室经理，2009年后任GE 全球研究中心（美国）电气总工程师。山东大学获得电力系统继电保护专业学士学位，浙江大学获得电力电子专业硕士学位，卡特琳娜联邦大学（巴西）获得电力电子专业博士学位。  

   摘自《自动化博览》2012年第一期