风力发电并网及电能质量控制的相关探讨

米凌志

【摘 要】风力作为一种清洁可再生能源，在发电行业具有重要的应用价值，风力发电并网成为新能源发电重要的发展趋势之一。论文围绕风力发电展开讨论，通过典型的风力发电系统分析了风力发电技术，并探讨了风力发电的并网技术及其对电能质量的影响，最后总结了风力发电模式下电能质量的控制策略。

【Abstract】As a clean and renewable energy， wind has important application value in the power industry， wind power generation has become one of the new energy power generation development trend. The paper focuses on wind power generation， and analyzes the wind power generation technology through typical wind power generation system， and discusses the grid connected technology of wind power generation and its influence on power quality， finally， sums up the control strategy of the power quality of the wind power generation mode.

【關键词】风力发电；并网技术；电能质量；控制策略

【Keywords】 wind power generation； grid connected technology； power quality； control strategy

【中图分类号】TM315 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）08-0149-02

1 引言

随着科学技术水平的不断提升，我国新能源产业的发展速度让众多发达国家望尘莫及，其中风电和光伏发电产业尤甚。从2003年开始，我国的风电产业进入了较快的成长阶段，到2015年底，全国风电并网装机达到1.29亿千瓦，年发电量1863亿千瓦时，占全国总发电量的3.3%。但是，风力发电容易受到自然因素的影响，具有一定的随机性和波动性，在接入配电网络后容易产生风电穿透功率，增加风电网络的运行调度难度，进而影响整个电力系统的电能质量，例如电网运行中产生谐波污染、电压波动等，新能源企业如何抓住机遇、走出困境成为一个值得深入研究的重要课题。

2 风力发电及其并网技术

2.1 风力发电技术

风力发电机组主要包括风力机、永磁同步发电机、功率变换器、测量与控制系统等几大部分，如图1所示。风力发电的基本原理是：风力机中的风轮能够采集和吸收风力能源，在这个过程中外界风力作用在桨叶上具有一定的功角和速度，从而使得桨叶产生旋转力矩发生转动，实现风能和机械能之间的转换。之后，通过永磁同步发电机将这部分机械能转化为电能，发电机输出的电能还需要电力电子变化器才能够输入到并联的电力网络中，从而为主电力系统提供辅助电能。

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图1 风力发电机组的整体结构示意图

2.2 风力发电并网技术

风力发电并网技术就是确保风力发电机组输出的电力能源的电压与被接入电网的电压在幅值、相位、频率等方面能够保持一致，从而使得风力发电并网后，整个电力网络能够趋于安全、稳定运行状态。目前，常见的风力发电并网技术包括以下两种：

2.2.1 同步风力发电机组并网技术

同步风力发电机组并网技术主要是利用同步发电机组实现有功功率和无功功率的同步输出，从而使得电能周波频率呈现稳定状态，电能质量也相应提升。由于风力能源的波动性较为明显，同步风力发电机组在发电过程中，容易受到风速不稳等因素的干扰，使得同步发电机的转子转矩出现幅度较大的波动，对风力发电并网调速性能造成影响，导致并网精确度降低，难以满足风力发电并网的高质量要求。在同步风力发电机组并网技术中必须要综合考虑这些问题，可以采取在同步发电机和电网之间安装变频器等措施，避免电力系统无功振荡或失步问题，进而提升同步风力发电并网水平[1]。

2.2.2 异步风力发电机组并网技术

异步风力发电机组并网技术的基本原理是：根据转差率的基本原理，对发电机的运行负荷进行调整，当发电机的转速与同步转速相近时，就可以实现风力发电机组与配电网的并网。在并网过程中，异步风力发电机组并网并不需要安装同步设备，只需要采用异步发电机就能够实现同步转速并网，有效避免了失步、振荡等问题，电网并网后的运行质量也得到了提升。但是，异步风力发电机组并网具有一定的缺陷，因为异步发电机在并网操作中会产生冲击电流，如果冲击电流过大，将会降低电网的电压水平，不利于电网的安全运行。在异步风力发电机组并网技术应用的过程中，必须采取一定的无功补偿措施，进而避免磁路饱和、无功激磁电流增大等问题。

3 风力发电并网对电能质量的影响

3.1 引入谐波

风力发电并网往往会引入一系列的谐波，一般包括以下几种可能：第一，风力电源本身形成谐波源；第二，风力发电并网中应用到的逆变器产生谐波，这些原因都可能产生较多的谐波引入，从而影响整个电网的电能质量。此外，目前大部分风力发电机组通过软并网方式完成并网，在这个过程中，容易产生较大的冲击电流，当外界风速超出切出风速时，风机跳出额定处理状态，严重影响并入电网的供电质量。

3.2 造成电压闪变和波动

风力能源是一种自然资源，在进行发电过程中容易造成电网电压闪变和波动。风力发电并网连接过程中，如果配电变压器十分接近连接位置时，风力发电的接入对整个电网造成的电压闪变影响较小；但是，当配电变压器远离连接位置时，馈线周围的电压将会产生较大幅度的波动，将会导致电力设备的损害，影响其正常工作状态。此外，风力发电的接入，引起电网电压的提升，尤其是目前风力发电应用较多的是异步电机，这种发电机在构建旋转磁场的时候无功功率会有所消耗，这些功率分布对整个电压有巨大的影响，在这些发电大规模的入网之后，就会将很大一部分无功功率消耗掉，这会让线路上面的压降提高[2]。endprint

4 风力发电并网电能质量控制策略

4.1 有效抑制谐波

風力发电并网中可以利用静止无功补偿器对谐波危害进行抑制。常见的静止无功补偿器包括可投切电容器、电抗器、谐波滤波装置等。静止无功补偿器的应用优势在于响应速度较快，能够实时跟踪并网后的无功功率变化情况，对风速不稳造成的电压不稳现象进行大幅度调节，从而有效消除谐波，进而提高电网的电能质量，保障电网的稳定运行。

4.2 电压闪变和波动的抑制

4.2.1 应用有源电力滤波器

采用有源电力滤波器是抑制电压闪络的有效手段，在负荷发生变化时，实时补偿无功电流，从而有效稳定符合电流的波动情况。有源电力滤波器的主要构造包括电力晶体管和可关断晶闸管，大部分属于可关断的电力器件，可以利用电子控制器取代传统电源作用，通过发出畸变电流，从而保障系统为负荷发出稳定的正弦基波电流[3]。有源电力滤波器不仅响应迅速，还能够快速进行电压闪变补偿，从而有效控制电能质量，降低电压波动，确保电网的稳定性和可靠性。

4.2.2 应用动态电压恢复器

将风力发电系统并入到中低压配电网中，由于有功功率变化造成的电压闪变十分明显，因此，在加强无功补偿的同时还需要进行瞬时有功功率的补偿操作，这就需要对传统的无功补偿装置进行更新，利用具有储能单元的补偿装置，进而实现电能质量的有效改善。动态电压恢复器正是满足以上要求的重要装置，可以在非常精确的时间内完成系统电压的传输，从而有效解决电压波动的问题，为用户提供更加高质量的电能。

5 结语

总而言之，科技的发展推动了新能源事业的进步，风力发电技术将得到全面发展，随着风力发电机组并网容量的提升，其对电网电能质量产生的影响也会更加明显，为提高风力发电并网的安全性、稳定性，相关单位要进一步加强对风力发电技术的研究，有效处理谐波、电压闪变以及波动等问题，进而确保电网电能质量，促进整个电力系统的稳定运行。

【参考文献】

【1】魏巍，关乃夫，徐冰.风力发电并网技术及电能质量控制[J].吉林电力，2014，42（05）：24-26.

【2】李昆.浅析风力发电并网技术及电能质量控制[J].应用能源技术，2016（11）：49-51.

【3】樊裕博.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].科技传播，2015，7（21）：43-44.endprint