浅析风力发电并网技术及电能控制策略

路立仁

文章编号：2095-6835（2016）17-0134-01

摘 要：作为一种可再生资源，风能的应用得到了国家的大力支持。近年来，风力发电厂的规模日益扩大，其在我国电力领域中所占的比例也逐年攀升。但是，基于风能的特殊性，风力发电厂往往建在人烟稀少的地方。这样，其承受的冲击就会更大，如果不能有效解决这个问题，整个电网就极有可能受到谐波的污染，并引发各种质量问题。重点分析和探讨了风力发电并网技术的相关内容，提出了科学的电能控制策略，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：风力发电；并网技术；电能控制；谐波污染

中图分类号：TM614 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.134

近年来，随着电力电子技术的不断发展，为了改善风力发电的性能，在电网接入与控制等方面提出了新方法。成本越来越低的电力电子技术不仅可以通过调整扇片速度来获取更多的风能，还可以为风电并网系统中存在的各种电能质量问题（比如谐波、无功等）提供科学、有效的解决方案。正因为有电力电子技术的支撑，风力发电备受关注。作为风力发电中的关键技术，并网技术直接决定了风力发电的最终效果，因此，有必要对其进行深入的研究，最大化地发挥这项技术的效能。

1 风力发电并网技术

所谓“风力发电并网技术”，就是指发电机输出电压的频率、幅值、相位均与电网系统的电压保持一致。然而，由于风力发电机机组容量的日益增大，发电电力的并网对电网的冲击也越来越大。基于此，选择科学、合理的并网技术对于风力发电来说是相当关键的。

1.1 同步并网技术

事实上，同步风力发电组就是风力发电机与同步发电机的有机融合。在同步发电机正常运行的过程中，不仅可以有效输出有功功率，还可以提供无功功率。而周波的稳定性也较强，因此，整体电能质量会明显提高。正因为如此，目前，很多电力系统都选择采用同步发电机。但是，近年来，同步风力发电组（即同步发电机与风力发电机的融合）逐渐成为了电力专家们重点研究的对象。一般情况下，由于风速波动相对比较明显，相应的转子转矩也会因此出现较大的波动，所以，这就直接导致并网调速难以在精度上满足同步发电机的要求。并网之后，如果相关人员没有充分考虑到这些问题，整个电力系统就极有可能出现失步或无功振荡的情况（尤其是在重载运行时）。基于上述问题，同步发电机并没有得到大规模的应用。而变频装置的研发在一定程度上改善了这些问题，因此，我们有必要再次重视同步并网技术的应用。

1.2 异步并网技术

与同步风力发电机组相比，异步风力发电机组在运行过程中是靠转差率来调整负荷的，因此，调速精度比较低。在这样的情况下，我们并不需要进行同步设备与整步操作，只要转速接近于同步转速时即可实现并网。异步发电机组的最大优势在于控制装置相对比较简单，并网完成之后不会出现异步或无功振荡的情况，具有较强的稳定性和可靠性。但是，任何事物都无法做到十全十美，异步风力发电机组并网技术在运行过程中依然存在不足，比如直接并网有可能会产生大冲击电流，进而导致电压急剧下降，严重影响整个电力系统的运行安全。与此同时，电力系统本身是不存在无功功率的，所以，始终有必要进行无功补偿。然而，过高的系统电压必然导致磁路饱和，促使无功激磁电流不断增加，定子电流过载。这样的情况无疑将导致功率因数下降。基于此，异步风力发电机组必须在严格监督的情况下运行，而且要采取科学的方法来保证其安全。

2 电能质量控制策略

2.1 电压波动和闪变的控制策略

2.1.1 有源电力滤波器

要想控制善变的电压，理应在负荷电流发生急剧波动时进行。当负荷发生变化时，应及时补偿无功电流，以此来实时补偿负荷电流。因为有源电力滤波器采用的电子器件是可以关断的，所以，电子控制器完全可以替代系统电源，以此来输出畸变电流到电压负荷，只要保证系统只为负荷提供正弦基波电流即可。从整体情况来看，有源电力滤波器具有电压波动大，响应速度快，补偿容量小，补偿率高，控制能力强，运行稳定、可靠等特点。其在电压波动的控制方面必然发挥较大的作用。

2.1.2 动态电压恢复器

在中低压配电网中，有功功率的快速波动也将导致电压闪变问题的出现。因此，保证补偿装置的科学性和有效性就显得十分关键了。除了要进行必要的无功补偿之外，还应该适时进行有功补偿。然而，由于带储能单元的补偿装置可以有效改善电能质量，所以，其完全可以取代传统的无功补偿装置。那么，对于本身就带有储能单元的动态电压恢复器而言，其能够以正常电压和故障电压的差值在ms级内将电压注入到系统中。这种方式可以有效解决电压波动、谐波等动态电压质量问题。

2.2 谐波的控制策略

2.2.1 增加换流装置的脉动数

作为电网中的主要谐波源之一，换流装置产生的谐波主要集中在特征谐波上，所含有的非特征谐波含量一般比较少。由于特征谐波的频谱为n=kp±1，所以，在脉动数p增加的情况下，n也会随之增大，工n、工l/n（谐波电流）也将因此减少。基于此，增加整流脉动数能够在平滑波形的同时减少谐波。比如说，在脉动数由8增加到14时，就可以消除幅值相对比较大的低频项，从而大大降低谐波电流的有效值。

2.2.2 加装无源滤波器

在电力电子设备的交流侧安装无源滤波器，并且以C、L、R元件为基础构建无源网络，可以吸收负载，从而产生谐波电流。具体来说，无源滤波器主要分为高通滤波器和调谐滤波器2种。高通滤波器主要用于对某一次以及以上各次谐波的吸收；调谐滤波器又被划分为单调谐和双调谐2种，用于对电一次数或相邻两次谐波的吸收。除了具有滤除谐波的功能之外，无源滤波器还能够在基波电压的作用下为谐波负载提供容性基波无功功率，并且能够满足谐波源无功补偿的需求。从整体情况来看，基于结构简单、效率高、成本低、维护方便、运行可靠等优势，加装无源滤波器已经成为了抑制谐波的主要手段之一。

3 结束语

鉴于电压波动与闪变和谐波等问题的存在，风力发电的电能质量始终都无法得到认可。因此，有效利用风能来提高风力发电系统的效率，减小电力谐波、并网冲击，让功率因素得到实质性的提升是目前我国风力发电领域需要重点研究的课题之一。只有解决了这些问题，才能充分体现出风力发电的效能。

参考文献

[1]易曦露.基于双馈式风力发电系统的直流并网拓扑与控制策略研究[D].杭州：浙江大学，2015.

[2]郭飞.双馈风力发电并网系统网侧变流器的控制策略研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2014.

〔编辑：白洁〕