风力发电并网技术与电能质量控制

谢鹏

摘 要：该文从同步、异步风力发电机组并网技术两方面简要介绍了风力发电并网技术，并分析了其对电能质量的影响。同时提出抑制谐波以及电压波动与闪变两种方法，对电能质量进行控制。以期使企业可以更为熟练地应用风力发电并网技术，并强化企业对电能质量的控制。

关键词：风力发电 并网技术 电能质量控制

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（a）-0041-02

风力发电是我国电能的主要来源之一。如今，风力发电厂的容量不断增加，开始对电网系统整体造成一定影响。由于风力发电厂往往处于人口数量较少的区域，并不位于供电网络的中心区域，故而不会承受大量的冲击力。因此，风力发电可能会使配电网出现谐波污染或是闪变等问题。且风力发电的随机性也会导致发电过程受到影响。因此，风力发电并网技术的应用便成为各企业关注的热点，如何控制电能质量也成为各企业关注的问题。

1 风力发电并网技术简介

1.1 同步风力发电机组并网技术

风力发电并网技术的选用极为重要，该技术需要发电机所输出的电压频率、幅值及相位方面都同电网系统的电压保持一致。若风力发电机机组整体容量不断上升，风力发电在并网过程中针对电网所产生的冲击力也会相应增加。若并网冲击力过大，不仅会使得电力系统的电压值有所下降，同时也会导致发电机、塔架以及机械部分形成一定的磨损。若是并网冲击时间过长，甚至会导致系统被瓦解，其他挂网机组的运行也会受到不同程度的影响。故而，企业应选用合适的并网技术。

同步发电机在实际工作时，不仅能够输出有功功率，同时也可形成无功功率，确保周波稳定，所形成的电能质量较高，故而被大部分企业应用于电力系统当中。然而在实际应用过程中，由于风速难以控制，使得转子的转矩难以保持稳定运行，并网过程中，转矩调速性能难以符合同步发电机所需要的精度，若实现并网之后，工作人员未对其进行控制，尤其处于重载状态下，则有几率出现无功振荡或是失步等问题。这也成为阻碍同步风力发电机组并网技术应用的主要障碍。如今，电力电子技术日趋完善，部分企业可借助技术以避免上述问题的产生，如将变频装置安设于电机与电网之中。

1.2 异步风力发电机组并网技术

相比同步风力发电机组并网技术，异步风力发电在实际工作当中，并不需要机组调速具有较高的精度，也无需与设备保持同步或是整步操作，只需转速与同步转速基本相同，便可实施并网。因为异步风力发电机只需依靠转差率，便能完成对负荷的调节。风力发电机组搭配异步发电机使用的最大优势在于该搭配无需复杂的控制装置。实现并网之后，也不会形成无振荡或是失步等问题，运行较为稳定，可靠性强。然而，该技术同样存在一定缺陷：第一，如工作人员直接进行并网操作，容易形成大冲击电流，进而令电压逐渐下降，对系统的稳定运行造成不利影响。第二，系统自身无法形成无功功率，因此需要工作人员补偿一定无功功率。第三，不稳定系统频率值超过上限，使得同步转速也相应加快，进而导致异步发电机自发电状态转化为电动状态。倘若不稳定系统频率值下降，也会令异步发电机电流大幅增加，从而形成过载现象。因此，若企业选用异步风力发电机组并网技术，需有工作人员采取一定措施确保异步风力发电机组处于稳定运行的状态。

2 风力发电并网技术对电能质量的影响

由于近些年来风力发电机组并网的应用规模不断扩大，其对电能质量的影响也随之增加，其中，部分影响并不利于电网电能质量的提高。较为常见的问题便是电压波动以及闪变。电压风力资源本身具备不稳定性，加之风力发电机组自身运行特点，导致风力发电机组自身输出功率难以稳定，进而对电网电能质量造成不利影响。如今，风力发电机组往往使用软并网方式实现并网，但在设备启动过程中依旧会形成冲击电流，且电流值较大。若切出风速低于风速，则处于出力工作状态下的风机会自动停止运行。不仅如此，风速难以控制与风机所形成的塔影效应也会对风机处理造成影响，使得风机出力出现波动现象，且波动值处于可以形成电压闪变的范围当中。故而，即使風机正常运行，也会令电网出现闪变现象。

3 控制电能质量的具体策略

3.1 抑制谐波

工作人员可通过抑制谐波的方式完成对电能质量的控制，即将静止无功补偿设备添加于系统当中。静止无功补偿设备中包含有电抗器、可投切电容器等多个装置，该设备最主要的优势在于其反应速度较快，能够及时确认无功功率是否出现变化，并适时跟踪处于变化状态的无功功率。针对由风速不稳定引发的电压起伏现象，该设备也可以对电压进行有效调节，进而消除谐波，确保电网电能质量不会受到风力发电机组运行的影响。

3.2 抑制电压波动以及闪变

第一，将有源电力滤波设备添加于系统当中。实际工作当中，工作人员若要避免电压发生闪变现象。便需要在发生负荷电流出现剧烈波动时，及时补偿由于负荷变化所形成的无功电流，令其可以及时补偿负荷电流。不仅如此，因为有源电力滤波设备所使用的电子零件为可关断电子设备，所以，工作人员可以使用电子控制设备替换系统电源，并将畸变电流传输至电压负荷，借此确保系统将正弦基波电流只提供给负荷。有源电力滤波设备具备如下优点：其一，反应速度快，能够在短时间内响应。其二，所形成的电压波动范围大。其三，具有较高的闪变补偿率。其四，设备可靠性强，能够稳定运行。

第二，将动态电压恢复设备添加于系统当中。若配电网属于中低压类型配电网，则有功功率在高速波动过程中，同样会发生电压闪变的问题。此时，需要补偿装置的性能更为优秀，不仅需要补偿装置提供无功功率的补偿，还需要其补偿一定数值的有功功率。由于补偿设备自身带有储能单元，所以可以有效提高电能整体质量。故而，大部分企业开始利用带有储能单元的补偿设备替代原有无功补偿设备。动态电压恢复设备自带储能单元，可于一定范围内按常规电压同故障电压之间的差额，将电压输入系统当中。该类型补偿方法能够及时避免系统形成电压波动，使得客户可以正常使用电能。就目前而言，于系统当中添加动态电压恢复设备是解决谐波以及电压波动等电能质量问题最为有效的方式。除此以外，工作人员还需对电能质量控制设备与其余补偿设备进行统一。若要使统一补偿得以实现，需在系统当中添加综合类补偿设备。工作人员可将电能质量控制设备进行统一，并将其串联补偿设备与并联补偿设备有机结合。如此一来，补偿设备当中既包含有储能单元的串联组合，也包含有储能单元的并联组合，不仅可以将其添加于配电系统当中，使其发挥补偿谐波的作用，同时也可以有效提高电能质量。

4 结语

电力电子技术的发展较为成熟，企业使用电力电子技术对风电机组进行控制以及改善电能整体质量，对我国电能的发展具有极为重要的意义。然而，风力发电并网技术的应用尚存在部分问题，导致风力发电无法广泛运用于各发电企业。作为发电企业，应加大对风能的研究力度，积极提高风力发电设备的工作效率，避免风力发电并网过程中形成冲击电流以及谐波，从而提升我国风力发电水平，为我国提供更为丰富的电力能源。

参考文献

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