风力发电并网技术及电能质量控制

李少阶

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

0 引言

风力发电场占地面积较大，对当地居民的正常生活会造成一定的影响，因此，大多数风力发电场都是建立在人口分布较为稀少的地区，远离供电网络中心。风力发电缺少良好的稳定性，极易受到外界因素的干扰和影响，为了增强风力发电的稳定性，提高风电能源质量，加强风电并网技术的应用就成为可再生能源体系建设中的重要一环，进一步推动我国能源结构的优化和完善。

1 风电发展概况

自21 世纪以来，为了更好地应对气候变化，缓解我国所面临的能源紧缺形势，我国积极调整国家能源战略，并明确了可再生能源发展目标。风力发电不仅不会产生污染，而且风能是源源不断的，这也使我国逐渐重视风力发电产业的发展，并大力开展风力发电基础设施建设，深入研究风力发电相关技术。

1986 年山东荣成风电场的成功并网代表着我国风电开发建设的开始，至今我国风力发展技术的开发与应用研究已经过了30 多年，实现了从无到有、由弱变强质的飞跃。在技术研究之初主要由相关高等院校及科研机构进行理论、原理样机方面的研究，之后出现了一批风力发电技术企业如新疆金风科技股份有限公司，企业在国家政策的引导、扶持下，通过技术引进与创新加快了我国风力发电的速度，完善了风力发电相关产业链，技术创新方面取得了新的突破。

2006 年1 月1 日实施了《可再生能源法》，我国的风电进入了高速的黄金发展时期，2009 年颁布了《新能源产业规划》《风电“十二五”发展规划》，推进了河北、蒙西、甘肃、新疆等9 个大型风电基地建设，风机的装电量突破了2000 万kW。2012 年我国成为全球风电市场的领头羊，2015 年我国风电行业达到了“亿千瓦”，根据相关的行业统计数据可知，在过去2006—2017 年的11年间，我国的风电装机容量发展迅速，年平均增长率达到了46%。2018 年风电发电3660 亿kWh，2019 年中国风电发电大幅增长到4057 亿kWh，同比增长10.85%；2020 年上半年全国风电发电量为2379 亿kWh，同比增长10.91%。

风力发电具有较强的波动性和间歇性，大规模风电并网极易影响到电力系统安全，并且还会引发调频、调峰等各种技术难题。为了消除风力发电所带来的不利影响，就需要对风电并网技术及电能质量控制进行深入的研究。

2 风力发电并网技术

风力发电并网作为电能输出的关键环节，保证了风力能源到电力能源的平稳转化，并且为风力发电机组的运行以及能源的产生和输出提供了有效的稳定支持，使风力发电场的输出电压与并网点电压同步，可以提升风力发电网络整体供电的稳定性。具体而言，当前风力发电并网技术分为同步风力发电机组并网技术以及异步风力发电机组并网技术。

2.1 同步风力发电机组并网技术

风力发电并网可以为风力发电并网实施后的电能稳定供应提供有效保证。同步风力发电机组主要由风轮、同步发电机及控制系统组成，在同步发电机的实际运行过程中，可以为输出功率的有效性提供良好保障，在发电机组的正常运行过程中，还可以为其提供必要的无功功率，同时显著提升周波的稳定性，促进电能的稳定传输。当前发电机组并网技术在电力发电中得到了有效应用，通常情况下该技术存在比较明显的风速波动，容易导致转子存在较大的转矩波动，从而使发电机组并网调速受到一定影响，其调速准确性很难得到有效保证。因此就需要深入分析两种发电机结合后的相关隐患，将变频器合理安装在电网和发电机组之间，进而使电力系统的振荡得到有效避免，进一步提高并网的整体质量。

2.2 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，异步风力发电机组并网技术是利用转差率和电力运行的复合进行目标的调整，相对粗犷的运转模式对于调速精度方面的要求较低。因此这种并网技术可以实现设备结构和体系的简化，尽可能降低设备安装的烦琐度和整体发电成本。同时，该并网技术也会导致从极电流过大，降低整体电网的电压水平，威胁到电网运行的安全。故此，异步风力发电机组并网技术应用时需要进行无功补偿，尽可能降低抽选磁路饱和以及电流增大等问题的发生概率。只要注重对异步风力发电机组并网的控制以及各单一参数的控制，就可以避免重大失误的发生。

3 风力发电电能质量控制策略

随着我国能源结构的优化调整以及各行业对于电力需求的增大，深入推广和应用绿色能源就成为我国可持续发展的重要内容之一，积极开发利用风力能源，实现风力发电能源的高质量和高效性，鉴于风力发电功能的不稳定性以及电能质量的差异性，就需要做好相应的机组优化设计工作，强化谐波抑制的作用并提高技术人员的专业水平，全面推动我国风力发电事业的进步，保证能源的高质量和充足。

3.1 加强谐波抑制

在风力发电并网的实际实施过程中，要想使电能的质量控制效果得到整体增强，就可以对静止无功补偿器进行合理应用，有效抑制谐波危害等问题。静止无功补偿器主要是由多种装置构成，其存在非常快的反应速度，可以实时跟踪不断变化的无功功率，同时可以有效调节由于风速不稳定，而导致的电压变化等问题，最终充分实现谐波滤除的作用，使电网的整体电能供应质量显著提高。

3.2 完善风电信息分析工作

在开展风电并网工作时，要建立相应的风电信息统计与分析平台，进而提供更加高效的信息服务。在其平台建立完成后，就可以形成全过程的信息库，使相关政府部门可以及时获得更加准确的风电服务信息，进一步加大风电接入系统的工程管理力度，使风电并网送输过程得到有效保证。针对一些大型的风电基础项目，就要做好前期准备工作，强化地方核准风电项目的计划管理工作，逐渐制定科学的并网检测规定，将并网检测制度充分落实。针对风电运行，还要强化管理过程，对风电调度实现科学的计划管理，进一步提高并网管理质量。

3.3 优化风电机组设计

针对风电发电业务，不仅要加强对设备自身问题的关注，还要有效连接风力发电机组的各个环节，合理控制风力发电设备的可靠性，在对风电机组的选择过程中，要尽可能选择具备大兆瓦和小体积等特点的风电机组，使风电机组的运输更加便利，提高吊装的安全性，合理控制风电场的整体投资。可以通过对叶轮捕风能力和风能转换效率提高等方式，进一步提升设备整体的可靠性，明显提高风电机组的整体工作效率。

3.4 强化电网故障诊断

风力发电系统较为脆弱，对于外界环境因素的影响缺少一定的抵抗性，极易发生各种损坏和故障，尤其是风机叶片经常发生各种故障。为此，需要强化电网的故障诊断工作，做好相应的监管和维护工作，安排充足的巡检工作人员对电网运行状况进行监督，对风机叶片的故障进行截至分类、判断和处理记录等，为风力发电系统的运行提供充足的技术支持。在企业开展技术培训活动时，要加强对风力叶片结构的讲解，重点关注风机故障诊断和维修等环节，还要要求相关工作人员注重风机的日常运行维护工作，对风机的叶片故障原因进行深入分析，选择科学合理的故障诊断技术，及时采取有效的措施，对风机叶片故障进行有效解决。

3.5 加强技术人员专业素质培养

电网技术人员的专业素养和实践操作能力也是影响电能质量控制效果的重要因素，为了加强电力企业对电能质量的控制，需要对风力发电并网技术相关工作人员进行技术培训，定期组织开展各种专业理论知识培训活动，进而提高技术人员的专业水平。同时还需要强化工作人员的实践应用能力，就各种发电设备的障碍以及缺陷进行识别和修复学习，增强工作人员的技术业务能力，加强对风力发电并网技术的开发和应用，为我国清洁能源生产做出相应的贡献。

4 风电并网技术发展趋势分析

风电并网技术在未来发展中，需要积极调整电力系统的管理模式以及运行技术手段，以此提高风电系统的资源配置能力及运行技术水平，从而确保风电系统能够实现对新能源的大规模集中接入、大范围消纳与远距离输送，进而实现对风能的高效利用，确保电力系统的安全、可靠、经济运行。除此之外，风电并网技术还将向着实用化、在线化以及可视化的方向进行发展，同时系统还将具备在线应用功能，使预警、控制、系统分析等功能进行一体化结合，进而使风力发电能够得到全周期性的监测，并对风力发电状态做出全过程化的客观评估，从而使我国风电电力技术在各个领域中发挥出更大的应用价值。

5 结束语

风力发电并网技术的应用是能源结构优化调整的必然趋势，也是可持续发展的重要举措，为了保证风力发电能源的质量以及电力运输的稳定性，就需要做好相应的发电机组和设备的优化管理，注重谐波抑制和电网信息分析，提高技术人员的专业水平，加强电网故障诊断，全面提高风力发电能源的质量。