風電行業(yè)興起于20世紀70年代的石油危機背景之下。在過去30多年里，風電在全球范圍內(nèi)經(jīng)歷了快速的發(fā)展。目前，風力發(fā)電憑借其技術相對成熟、資源異常豐富等優(yōu)勢，在世界各國新能源發(fā)展戰(zhàn)略中已居于主導地位。相關國家紛紛出臺各種政策和技術標準，促進風電技術的發(fā)展和風電電力的消納。其中，德國早在20世紀80年代風電興起時，便敏銳地意識到其重大戰(zhàn)略意義和廣闊的應用前景，制定了完善有效的扶持政策及技術標準。至20世紀90年代時，德國就已形成了頗具規(guī)模的風電產(chǎn)業(yè)，在風電技術研究與并網(wǎng)發(fā)電等方面居于世界領先地位。

目前，德國運營的電網(wǎng)公司(輸電網(wǎng)運營商)共有4家，分別是50Hertz、Tennet、Amprion及ENBW(TNG)電網(wǎng)公司。在風電發(fā)展的不同時期，德國電網(wǎng)公司作為風電接入、輸送和分配的重要主體，與各級政府、行業(yè)協(xié)會以及風電開發(fā)商、運行商等機構密切合作，深入地參與到德國風電并網(wǎng)技術的研究和制定工作之中，不斷促進行業(yè)間的技術合作和風機制造業(yè)的技術進步，在保證電網(wǎng)安全的前提下，與全社會一起，共同促進風電消納，有力推動了德國風電的發(fā)展。截至2011年年底，德國風電并網(wǎng)裝機容量接近3 000萬kW，占全球總量的14%左右，在風機整體制造業(yè)技術水平和風機并網(wǎng)技術上牢牢占據(jù)著歐洲乃至世界風電發(fā)展的領軍位置。

本文對比分析了中國和德國在并網(wǎng)政策、技術標準和認證技術等方面的異同，旨在學習德國風電發(fā)展的先進經(jīng)驗，為我國風電領域政策和技術法規(guī)的制定提供借鑒，以便進一步完善我國風電政策和并網(wǎng)技術標準，提高全社會的風電消納水平。

1 風電并網(wǎng)政策和技術支持體系

1.1 德國風電并網(wǎng)相關政策和技術體系

德國有著完善的新能源并網(wǎng)政策和相關技術。目前在德國，政府、各級行業(yè)協(xié)會以及企業(yè)在不同層面上制定了一系列法律法規(guī)和技術標準及導則以滿足風電并網(wǎng)的需求，見圖1。

圖1 德國風電并網(wǎng)政策和技術支持體系

1.1.1 政府層面的政策和技術規(guī)范

20世紀90年代初，德國頒布了《電力輸送法》，規(guī)定用戶支付風能等可再生能源電力價格不低于當?shù)仄骄妰r的90%，并通過優(yōu)惠貸款和津貼為可再生能源提供補貼。法規(guī)的制定為德國新能源的異軍突起奠定了堅實的政策基礎。2000年，為解決1998年以后出現(xiàn)的可再生能源發(fā)電企業(yè)和輸電網(wǎng)運營商之間存在的利益矛盾等問題，促進風電的進一步發(fā)展，德國政府制定并出臺了第1部《可再生能源法》。德國的可再生能源法在德國可再生能源法規(guī)體系中處于核心地位，并以此形成了促進新能源發(fā)展的聯(lián)邦法規(guī)體系，在這一法規(guī)體系中，能源使用的普遍原則是優(yōu)惠和促進可再生能源發(fā)展。《可再生能源法》建立了可再生能源電力分攤制度并對輸電網(wǎng)運營商的義務作出規(guī)定。同時，法規(guī)還明確了可再生能源上網(wǎng)高電價帶來的電力增量成本要平均分攤在全網(wǎng)的電量上。考慮技術進步等原因，法規(guī)還明確了可再生能源上網(wǎng)電價降低的時間表。

為適應新能源發(fā)展不斷變化的形勢，德國可再生能源法也在不斷進行調(diào)整。修改的核心思想是通過法律法規(guī)，以經(jīng)濟補貼為杠桿進行政策性引導，從而形成風電行業(yè)的良性循環(huán)局面。目前，該法已經(jīng)歷了2次修改，修訂版分別于2004年8月和2009年1月生效。

2004 年版的德國《可再生能源法》規(guī)定，到2020年可再生能源的比例至少為20%，為保證這一目標的實現(xiàn)，修正版適當調(diào)整了風電的補償水平。同時，采用基于地點不同而遞減的風電上網(wǎng)補償方式。從2006年建造的陸上風機開始，5年內(nèi)將從電網(wǎng)運營者手中獲得穩(wěn)定的收購電價，之后每年減少2%;2010年12月 31日前安裝的海上風機，在前12年內(nèi)可獲得高于陸上9%～18%的收購電價，具體收購價格根據(jù)離岸距離和水深決定。

隨著風電比重的增加，風電對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的影響也日益增加。同時，風電的技術進步也使得其逐步具備了普通電源的特性，如有功及無功控制、低電壓穿越能力和輔助服務支持等。德國2009年版的可再生能源法針對上述情況，明確提出了必要時風電要參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的要求。在符合規(guī)定的情況下，輸電網(wǎng)運行商可以要求風電降低出力或者停運，以保障供需平衡和系統(tǒng)穩(wěn)定。這表明，隨著并網(wǎng)容量的不斷增加和風電技術的快速進步，德國的風電已逐漸由特殊電源過渡為普通電源。

另外，在近些年的立法及相關法律的修訂工作中，德國所有與能源利用相關的法律法規(guī)都設立了促進可再生能源使用的條款。比如，德國早在1999年4月就開始對汽油、柴油、天然氣等傳統(tǒng)能源產(chǎn)品征收生態(tài)稅;再如，德國近年修訂和推出的《建筑節(jié)能法》、《德國可再生能源取暖法》等法規(guī)中都有優(yōu)惠可再生能源使用的條款。

值得特別提出的是，德國對風電的發(fā)展提出并實施了循序漸進的發(fā)展規(guī)劃。圖2為2007年德國政府統(tǒng)計的新能源裝機情況及制定的至2020年的新能源發(fā)展規(guī)劃。從實際執(zhí)行來看，2011年前，包括風電在內(nèi)的新能源基本保持了2007年規(guī)劃的發(fā)展水平。按這一規(guī)劃，至2020年，德國風電總裝機將達到5 500萬kW。20年間，風電年均裝機增量保持為200萬～300萬kW，增速非常平穩(wěn)。這種平穩(wěn)的發(fā)展速度為風機制造商的技術改進、運行商風電運行技術和電網(wǎng)運行商風電并網(wǎng)調(diào)度管理技術水平的提高，以及全社會負荷消費觀念及方式的改變預留了充足的時間和空間，使得全社會風電消納水平穩(wěn)步提高，基本滿足了風電等新能源不斷增長的消納需求。

圖2 德國新能源發(fā)展規(guī)劃

1.1.2 風電并網(wǎng)相關技術要求

德國風電并網(wǎng)方面的法規(guī)標準是適應風電并網(wǎng)容量快速增加、并網(wǎng)問題日益凸顯且不斷變化的情況而不斷調(diào)整和完善的。

2001 年，德國E. on電網(wǎng)公司內(nèi)的Dollern地區(qū)(漢堡附近)發(fā)生了一次輸電線路三相短路故障。故障導致網(wǎng)內(nèi)全部風電機組(總容量270萬kW)同時脫網(wǎng)，已接近當時全電網(wǎng)的最大可調(diào)節(jié)容量(300萬kW)，對系統(tǒng)造成了二次沖擊，嚴重威脅了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，尤其是系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。

事故后，E. on電網(wǎng)公司及相關部門對本次事故進行了深入細致的分析，最終一致認為，類似風電等分布式電源在電網(wǎng)故障期間必須具備向電網(wǎng)提供有功和無功的支撐能力以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。當年，E. on電網(wǎng)公司便對風電機組提出了簡單的故障穿越要求(提供故障后的有功支撐)。在此基礎上，2003年，E. on電網(wǎng)公司制定了第1部風電并網(wǎng)技術標準，在全世界首先提出了風電機組需具備低電壓穿越能力的要求。2004年，德國Vattenfall電網(wǎng)公司(現(xiàn)為50Hertz電網(wǎng)公司)也制定了類似的新能源并網(wǎng)技術導則。2006年，E. on電網(wǎng)公司又對原有導則提出修改，將動態(tài)無功電壓支撐的要求也納入到導則之中。至2007年，德國的電網(wǎng)公司基本上都針對新能源的入網(wǎng)制定了自己的并網(wǎng)技術導則。

為了保證風電并網(wǎng)技術要求的一致性和完整性，德國輸電網(wǎng)聯(lián)盟(VDN)最終在2007年制定的德國高壓電網(wǎng)并網(wǎng)導則(輸電系統(tǒng)法規(guī)2007)中統(tǒng)一提出了對高壓并網(wǎng)的風電的相關技術要求。有關中壓并網(wǎng)的風電技術要求，在德國能源經(jīng)濟和水能管理協(xié)會(BDEW)制定的德國中壓電網(wǎng)并網(wǎng)導則(《連接至中壓電網(wǎng)并與其并聯(lián)運行的發(fā)電設備導則2008》(包含風電等全部新能源))中統(tǒng)一給出。由于德國的高壓和中壓并網(wǎng)導則都是依據(jù)德國可再生能源法中的相關條款制定，所以上述2個導則頒布之日起即具備了法律效力。

1.1.3 風電并網(wǎng)相關的測試認證技術導則

2009 年，受德國政府委托，德國風能和其他可再生能源發(fā)展協(xié)會(FGW)根據(jù)聯(lián)邦可再生能源法制定了一系列與可再生能源系統(tǒng)服務相關的技術導則(TR1- TR8，導則1-導則8)。其中，與并網(wǎng)相關的主要是導則3(TR3)、導則4(TR4)和導則8(TR8)。表1所示為導則主要內(nèi)容及說明。

表1 德國風電并網(wǎng)相關測試認證技術導則

1.2 我國風電并網(wǎng)政策和技術支持體系

我國風電發(fā)展起步較晚，但由于受政府和產(chǎn)業(yè)界的高度重視，在較短的時間內(nèi)也快速建立起了風電發(fā)展的政策、技術支持體系及相關技術標準，包括政府和企業(yè)在不同層面上制定的法律法規(guī)和技術導則，以滿足風電并網(wǎng)的需求。

1.2.1 法律和規(guī)劃

2006 年1月1日，我國第1部《可再生能源法》頒布實施，明確了可再生能源的上網(wǎng)電價以及其附加電價在銷售電價中的分攤模式。同時，法規(guī)要求電網(wǎng)企業(yè)應當與依法取得行政許可或者報送備案的可再生能源發(fā)電企業(yè)簽訂并網(wǎng)協(xié)議，全額收購其電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)可再生能源并網(wǎng)發(fā)電項目的上網(wǎng)電量，并為可再生能源發(fā)電提供上網(wǎng)服務。此后，與《可再生能源法》配套的各種國家規(guī)定相繼出臺，風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等可再生能源產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。2009年，我國對可再生能源法進行了修訂和完善，重點是解決可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電價與費用分攤機制不完善、配套優(yōu)惠財稅政策未能有效落實、并網(wǎng)安全穩(wěn)定運行突出等問題;實行了可再生能源發(fā)電全額保障性收購的政策，明確要求發(fā)電企業(yè)在規(guī)劃期內(nèi)應當達到的可再生能源發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重;采用法律手段鼓勵促進發(fā)電企業(yè)開展可再生能源開發(fā)利用，并制定電網(wǎng)企業(yè)優(yōu)先調(diào)度和全額保障性收購可再生能源發(fā)電的具體辦法。與此同時，政府還負責指導有關風電國標和行標的制定，如2011年審批通過了《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》(國標)以及《風力發(fā)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測導則》等17項風電行業(yè)標準。

1995年、2000年、2007年、2008年以及2011年，我國政府部門對風電發(fā)展規(guī)劃做了多次調(diào)整，先后出臺了多個可再生能源發(fā)展綱要及中長期發(fā)展規(guī)劃，風電發(fā)展的力度在逐步加大。其中，2008年的多個千萬千瓦級風電基地的規(guī)劃引領了中國風電的跨越式發(fā)展。截至2011年年底，全國并網(wǎng)運行的風電場超過500座，吊裝容量6 500萬kW。其中，國家電網(wǎng)公司運營范圍內(nèi)并網(wǎng)運行的風電裝機容量達到4 394萬kW。

同德國風電平穩(wěn)式的發(fā)展相比，我國風電的發(fā)展目前還處于一種階躍式的發(fā)展狀態(tài)，如圖3所示。根據(jù)2011年最新頒布的“可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃”，未來近40年內(nèi)我國風電還將保持平均每年2 000萬kW左右裝機的增長速度，仍將面臨較大的風電消納壓力。具體目標見表2。

圖3 我國2000-2010年風電裝機容量變化情況

表2 我國可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃風電規(guī)模

1.2.2 風電并網(wǎng)技術標準體系

為保證風電的順利并網(wǎng)，國家電網(wǎng)公司、內(nèi)蒙古電網(wǎng)公司等電網(wǎng)企業(yè)于2009年分別制定并頒布實施了各自的風電場并網(wǎng)導則(企標)，其中《國家電網(wǎng)公司風電場接入電網(wǎng)技術規(guī)定》大部分內(nèi)容被納入到2011年12月30日正式頒布的新國標《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》之中。新國標修改完善了原國標中有關風電場有功功率控制、無功功率/電壓控制、風電場功率預測、風電場測試、風電場二次系統(tǒng)等技術條款，并增加了風電場低電壓穿越能力(LVRT)要求的相關內(nèi)容。表3所示為中德關于風電場低電壓穿越能力具體技術要求的比較，圖4為我國低電壓穿越能力要求。

表3 中德并網(wǎng)導則中風電場低電壓穿越能力要求

圖4 我國低電壓穿越能力要求示意

與此同時，為保證風電行業(yè)的健康發(fā)展，國家電網(wǎng)公司還制定了包括《風電功率預測系統(tǒng)功能規(guī)范》、《風電調(diào)度運行管理規(guī)范》、《風電場接入系統(tǒng)設計內(nèi)容深度規(guī)定》等企業(yè)標準，其中《風電功率預測系統(tǒng)功能規(guī)范》等標準已升級為行業(yè)標準。這些標準有力地保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和風電的順利消納。

整體看來，德國新能源政策制定和技術發(fā)展是適應形勢發(fā)展需要不斷進行變化和調(diào)整的。政府、企業(yè)和各級協(xié)會之間始終保持著密切的聯(lián)系，每年都會定期召開技術研討會、交流會。政府的規(guī)劃、企業(yè)的技術要求可以在需求的提出階段便為整個行業(yè)知曉并做好相應的技術上的準備。

截至目前，我國新能源政策支持體系正向日趨完備的方向發(fā)展，新能源政策和技術的具體要求也日趨完善。但隨著新問題新情況的出現(xiàn)，有關并網(wǎng)的相關要求也必須適應形勢的發(fā)展而不斷調(diào)整。例如，隨著近幾年風電并網(wǎng)容量的快速增長，高速發(fā)展過程中留下的安全隱患在逐步暴露，且呈現(xiàn)集中爆發(fā)態(tài)勢。2011年，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營范圍內(nèi)共發(fā)生較大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)事故8起，脫網(wǎng)機組數(shù)量較大，其中38%的機組因高電壓脫網(wǎng)。很顯然，在解決風電機組低電壓穿越能力的同時，高電壓穿越也已成為風電發(fā)展過程中一個亟待解決的問題，有關技術規(guī)定也必須適應這一新形勢而作出調(diào)整。

2 風電并網(wǎng)檢測技術認證體系

2.1 德國風電并網(wǎng)認證體系

德國的風電機組并網(wǎng)檢測是強制性的，其認證工作同樣是強制性的，風電機組要同時滿足檢測和認證的相關規(guī)定才能具備并網(wǎng)條件。

2.1.1 德國風電認證內(nèi)容及認證機構

表4所示為德國風電認證體系中主要認證內(nèi)容。其中風電場的型式認證和項目認證在我國已廣泛開展，本節(jié)重點介紹德國的風電機組和風電場的模型認證。

表4 德國風電認證體系內(nèi)容

依據(jù)德國2009版EEG及并網(wǎng)導則的相關規(guī)定：裝機容量大于1MW的新風電場需要進行并網(wǎng)導則符合性認證，認證內(nèi)容包括：機組本體的有功控制、電能質量、低電壓穿越能力、無功支撐能力、短路電流貢獻、PQ曲線、保護開關關斷條件、重合閘、遠程控制等。

在德國，風電機組模型和風電場的并網(wǎng)認證是由獨立的第三方檢測機構完成的，比較知名的有德國電力系統(tǒng)和電力經(jīng)濟研究中心(FGH)、德國勞氏船級社(GL) 等企業(yè)或協(xié)會，其中FGH和GL的市場占有率總和超過了80%。風電機組和風電場模型的認證業(yè)務在德國已經(jīng)高度市場化、知識技術密集化，有越來越多的公司正在參與到這項工作中來，如MOE、Tüv Nord、KEMA、Bureau Veritas CPS、Wind Guard Certification等公司。通過認證工作的深入開展，德國風電行業(yè)積累了大量與并網(wǎng)相關的經(jīng)驗，進而還將其相關標準納入到IEC等國際標準之中，為德國風電制造技術和并網(wǎng)技術的國際化奠定了堅實的基礎。

2.1.2 德國風電認證流程

德國的風電認證區(qū)分了新舊風場的認證工作。所謂新風場是指2009年1月1日以后安裝風電機組并且并網(wǎng)的風電場。所謂舊風場的定義是在2002年至2008 年期間安裝風電機組并且并網(wǎng)的風電場。對新風場而言，其風電機組和風電場必須通過認證才能并網(wǎng)，而對舊風場而言，主要通過價格補償機制促使通過認證。需要說明的是，在德國，無論是新舊風場認證，風機的制造商都需要提供相應機型的電氣模型，這些模型就是用于電力系統(tǒng)仿真的 Matlab/Powerfactory/PSCAD模型。

圖5 德國風場認證流程

風電機組模型的認證應根據(jù)電力運營商提出的新能源接入電網(wǎng)技術要求(Grid Code)進行相應的新風電場并網(wǎng)認證。具體認證流程及要求則按照FGW制定的TR3、TR4和TR8中的相關規(guī)定執(zhí)行，如圖5所示。現(xiàn)場測試后，認證方要基于風機制造商提供的風電機組模型進行仿真研究，驗證風機制造商所提供的模型是否滿足于并網(wǎng)導則。對于同一型號的風電機組，如果只有細小的改動，則可以只通過模型進行驗證，如果風電機組改動較大，則必須重新進行測試。上述工作完成后，由認證機構、風機制造商和風電場運營商共同完成風電場現(xiàn)場核查以及電學特性評估，最終給出專家鑒定意見。對于老風電機組而言，獲得認證證書后，風電場運營商將獲得老機組5年上網(wǎng)電價補償。

2.1.3 德國風電認證特點

德國風電并網(wǎng)認證具有5個特點：較強的市場統(tǒng)一性。這主要是由于德國風電制造企業(yè)的風場開發(fā)和控制設備等集中于幾家主要生產(chǎn)廠商;健全的標準體系。如前所述，德國有著健全的新能源法律保障體系，包括重新修正后的法律標準。電網(wǎng)公司的迫切需求。電網(wǎng)公司需要對風電場并網(wǎng)特性進行評估。風機制造商對自身技術深層次的認識和理解。在德國，不同風機制造商對其自身產(chǎn)品都具有深刻的了解，有能力提供不同復雜程度的風電機組模型。風電并網(wǎng)補償電價機制的健全。這主要是基于德國新能源法和修訂草案中對風電機組認證工作的詳細要求和完善的補償措施。

2.2 我國風電場并網(wǎng)檢測認證

風電機組認證已經(jīng)成為世界各國風電市場的準入條件之一，是中國風電產(chǎn)業(yè)與世界接軌的重要一步。在國家能源局等相關政府部門的組織下，我國已有序開展風電的檢測與認證，逐步引導風電市場健康有序的發(fā)展。如國家能源局在2010年12月發(fā)布了《風電機組并網(wǎng)檢測管理暫行辦法》，該辦法針對風電機組制造企業(yè)提出的機型認證要求，規(guī)定了風電機組并網(wǎng)檢測的對象、流程、內(nèi)容等。

有關風電機組的設計認證、型式認證、項目認證及部件認證在我國已經(jīng)廣泛開展。認證的主要機構包括北京鑒衡中心和中國船級社等，認證的內(nèi)容和方法也正與國際逐步接軌。

目前，我國風電機組檢測體系初步建立，相關并網(wǎng)檢測機構已經(jīng)具備風電機組電能質量、功率控制、低電壓穿越、電網(wǎng)適應性、風電場電能質量和功率控制測試的能力，并開展了多項測試。

然而，根據(jù)測試結果依據(jù)并網(wǎng)技術導則要求進行性能評價的工作尚未開展，僅有機組的部分性能通過測試機構給出評價，尚不具有系統(tǒng)性。在風電機組并網(wǎng)認證方面，針對我國風電機組同一型號多種部件配置的情況，初步開展了低電壓穿越能力評估工作，模型驗證工作也在逐步推進;在風電場并網(wǎng)認證方面，各項工作在我國才剛剛起步，風電機組模型和風電場模型認證工作的機制和流程尚待建立。隨著我國風電并網(wǎng)裝機容量的快速增長，基于詳細風電機組模型的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析計算的要求也日漸緊迫，開展風電機組和風電場的并網(wǎng)認證工作已是迫在眉睫。