风力发电并网技术及电能质量控制探讨

刘明宇

摘 要：现阶段，风能是非常关键的一种新能源，而且属于可再生能源，风能环保性能非常优良，而且风力发电技术在我国电力系统发展中也逐渐完善和成熟。但是，风力发电并网技术在实际应用过程中依旧存在诸多问题，造成风力发电不能在发电企业中广泛应用。该研究首先系统性介绍风力发电并网技术，阐述风力发电并网影响电能质量的相关机制，并提出电能质量的有效控制路径。

关键词：风力发电；并网技术；电能；质量控制

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）23-0123-02

风力发电是环保清洁的一种可再生能源，随着近些年风力发电场容量不断扩大，在影响电网系统方面的范围也随之变大。由于通常风力发电场的位置在地广人稀的偏远区域，而非供电网络中心，所受冲击能力比较弱[1]。因此，风能往往会带给配电网电压波动、谐波污染和闪变等相关问题，而且风电随机性同样会给制定发电与运行计划带来诸多阻碍，而风力发电并网技术的研究逐渐成为目前电力界所关注的普遍问题。该研究首先系统性介绍风力发电并网技术，阐述风力发电并网影响电能质量的相关机制，并提出电能质量的有效控制路径。

1 风力发电并网技术

从根本上说，风力发电并网技术需要发电机输出频率、幅值和香味方面等同于电网系统电压。近些年，随着风力发电机组容量不断增加，并网过程中风电冲击电网的力度也会随之增大。在并网冲击比较严重的情况下，一方面会导致电力系统电压的降低，另一方面还会损坏发电机与增速器、塔架以及桨叶等机械部件。若并网冲击时间比较长，那么则会发生系统瓦解的情况，甚至会对其他挂网机组平稳运行产生威胁，因此，應该对并网技术进行合理选择[2]。

1.1 异步风力发电机组并网技术

相比于同步风力发电机组并网技术，运行异步风力发电机期间，因为是通过转差率对负荷进行调整，因此，对机组调速具有较低的精度要求，无需整步操作与同步设备，仅仅需要在转速与同步转速相接近的过程中，实现并网目的。异步发电机与风力发电机组两者联合应用的主要优点在于，该技术具有较为简单的控制装置，并网后也能有效避免失步与无震荡问题的发生，运行可靠且稳定[3]。然而，异步风力发电机组并网技术在实际运行期间也存在很多问题，比方说，直接并网会有引发大冲击电流的可能性，导致电压降低，对系统安全运行产生直接性影响。系统本身不存在无功功率，必须实施无功补偿。系统电压过高情况下会导致其发生磁路饱和，由此增加无功激磁电流，功率因数降低，定子电流过载。如果过于提升不稳定系统频率，则会由于同步转速提高而引发异步发电机自以往的发电状态向电动状态转变，进而降低不稳定系统频率，导致异步发电机电流因为剧增而发生过载问题。因此，应该严格监督或者采取有效措施确保异步风力发电机组实现平稳、安全运行。

1.2 同步风力发电机组并网技术

运行同步发电机期间，对有功功率进行输出的同时，还能够提供相应的无功功率，且周波也比较稳定，具有较高电能质量，因此被广泛应用于电力系统中。如何使项风力发电机并网技术与该项技术实现有效融合，是现阶段大众所探讨的重点问题。多数情况下，因为风速缺乏稳定性，往往会造成转子环节转矩的不稳定，而且并网过程中，钻子调速性能无法满足同步发电机所需精度，若并网后不能够有效控制钻子转矩，尤其是在重载状况下，往往会出现失步和无功震荡等问题[4]。因此，以往的数十年中，国内外的风力发电机组几乎不会应用到同步发电机。随着近些年电力电子技术的迅猛发展，可利用技术有效避免以上问题。比方说，电网和同步发电机组间选择变频装置能够有效解决以上问题，此时的同步风力发电机组并网技术重新受到重视。

2 风力发电机并网运行试验分析

2.1 动态无偿补偿装置功能测试试验

发电机组并网运行过程中，有效调整发电机组输出功率，认真观察电容补偿投切动作在不同载荷下的状态。在测试动态无功补偿装置性能方面，需要选择恶劣工况的情况，比方说，风电大发、风电小发等恶劣工况。

风力发电厂在风电小发情况下具有较高送电线路充电功率，由此就会增加母线的电压负荷。因此，风电小发时有利于展开感性无功补偿试验。而在风电大发的情况中，风力发电厂则具有较大送电线路载荷，存在严重的无功损耗，进而降低母线电压水平。因此，风电大发时比较适合展开容性无功补偿试验[5]。以上两种情况均必须展开暂态期间装置响应试验和无功综合控制试验，以此对SVG装置平稳性有所了解。

2.2 软并网功能试验

首先对异步发电机组的主轴转速进行提升，在转速超过同步转速概率92%的情况下，将并网接触器启动开，发电机会利用双向机晶闸管连接整个电网，有效控制晶闸管触发单元，使双向晶闸管内部导通角得以增大，角度范围为0°到180°，由此对导通角打开速率进行调整，确保异步发电机组并网过程中所形成的冲击电流比规定值低。完成暂态期间，将旁路开关闭合，进而接通晶闸管。

2.3 风电场电能质量测试试验

计量屏在风电场保护过程中主要选取三相电流与电压，并检测并网点电压谐波、偏差以及闪变等相关指标，以对电能质量予以明确。风电场暂停运行过程中，需要检测并网点总谐波畸变率、谐波电压和时间闪变等相关指标。在常规运行风电场期间，检测各功率区间并网点电压、谐波电流和长时间闪变，同时测定风电场所形成谐波电流95%数值[6]。

3 风力发电并网技术影响电能质量的相关机制

近年来，因为风力发电机组并网技术实际应用规模逐渐增大，在影响电能质量的范围方面也随之得到增加，且很多影响对提升电网电能质量极为不利。比较常见的是电压闪变和波动。电压风力资源存在不稳定性特征，再加上风力发电机组运行特征，造成风力发电机组输出功率缺乏稳定性，由此就会直接影响到电网电能质量。现阶段，风力发电机组通常会选择软并网方式[7]，然而，启动设备期间仍然会产生冲击电流，电流值相对也比较大。如果切出风速比风速低，那么出力工作情况下，风机就会暂停运行。此外，风速很难控制和风机所产生塔影效应会严重影响到风机处理，导致风机出力发生波动现象，波动值也会处在电压闪变范围内。所以，就算风机正常运行，同样会导致电网发生闪变情况。endprint

4 电能质量控制策略

4.1 谐波的抑制

相关工作人员可利用抑制谐波法有效控制电能质量，也就是说，在系统中添加静止无功补偿设备，该静止无功补偿设备内存在多个装置，具体包括可投切电容器、电抗器等，这一设备的优势主要在于较快的反应速度，可以及时明确无功功率变化与否，对变化状态下的相关无功功率予以适时跟踪。基于风速不稳定导致的电压起伏情况，这一设备能够有效调节电压，以使谐波得以消除，保证风力发电机组在实际运行过程中不会受到电网电能质量的影响。

4.2 电压波动和闪变的抑制

4.2.1 动态电压恢复器

如果配电网为中低压类型的配电网，那么高速波动有功功率过程中，也会出现电压闪变等相关问题。在这种情况下，所需补偿装置性能则比较优秀，一方面补偿装置必须提供相应的无功功率补偿，另一方面还应该补偿相应有功功率。所以，多数企业都会通过存在储能单元的相关补偿装置取缔以往无偿补偿设备。而动态电压恢复器本身具备储能单元，能够在固定范围中根据常规电压和故障电压差额，向系统内输入电压。这一类补偿方法可以有效避免系统内部电压波动的形成，确保客户能够对电能进行正常应用[8]。就现阶段情况来说，将动态电压恢复设备添置到系统中是电压波动、谐波等电能质量问题得以解决的一种有效方式。

4.2.2 有源电力滤波器

在系统内部添加有源电力滤波设备，也就是说，工作人员在工作期间若想有效避免发生电压闪变问题，就应该在负荷电流波动剧烈的情况下，及时补偿因为负荷变化所导致的无功电流，确保其能够对负荷电流进行及时性补偿。而且由于有源电力滤波设备内电子零件属于可关断电子设备。因此，工作人员应以电子控制设备取代系统电源，同时向电压负荷中传输畸变电流，从而确保系统能够向负荷提供正弦基波电流。从根本上说，有源电力滤波设备优点包括：①反应速度比较快，可以在短期内发出响应信号；②所产生电压波动范围比较大；③闪变补偿率比较高；④设备具有较强的可靠性，可以平稳运行。

4.2.3 统一电能质量控制器和其它补偿装置

如果想实现统一补偿目的，应该将综合类补偿设备添加在系统内部，工作人员应该统一电能质量控制设备，同时有机结合并联补偿设备和串联补偿设备。由此补偿设备中不仅包含储能单元并联组合，同时还包含储能单元串联组合，迎面能够在配电系统中添加补偿设备，确保其补偿谐波功能得到充分发挥，另一方面还有助于电能质量的提升。

5 结语

总而言之，近些年电力电子技术得到迅猛发展，企业通过电力电子技术有效控制风电机组，并使电能整体质量得到有效改善，对国内电能发展與进步极具重要意义。但是，风力发电并网技术在实际应用过程中依旧存在诸多问题，造成风力发电不能在发电企业中广泛应用。而发电企业必须进一步增加研究风能力度，使风力设备工作效率得到不断提升，防止风力发电并网中谐波与冲击电流的形成，不断提升风力发电水平，从而为国内风力发电事业发展提供更多电力能源。

参考文献

[1]樊裕博.风力发电并网技术及电能质量控制[J].中国科技投资，2016，（8）：127.

[2]邹金运.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].黑龙江科技信息，2015，7（35）：88-88.

[3]艾山江·卡依尔.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].工程技术：全文版，2016，（8）：00094-00094.

[4]朱杰，陈琛.风力发电并网技术及电能质量控制[J].时代农机，2016，（10）：15-15.

[5]柴华，陈海.风力发电并网技术及电能质量控制[J].城市建设理论研究：电子版，2015，（1）.

[6]王树海.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].城市建设理论研究：电子版，2015， 5（36）.

[7]吕蒙.论风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].工程技术：引文版，2017，（1）：00237-00237.

[8]胡然.基于风力发电并网技术及电能质量控制策略研究[J].工程技术：文摘版，2016，（1）：00074-00074.endprint