浅析风力发电并网技术及电能控制

王磊

（甘肃龙源风力发电有限公司，甘肃 酒泉 736100）

当前，我国的风力发电规模越来越大，风电电场容量也持续增加，这对于缓解我国不断增加的用电需求与传统发电之间的矛盾起到了非常重要的作用。风力发电是将风的势能转化为电能，这种发电方式更加绿色环保，而且风能是可再生能源，所以风力发电是一种有非常光明的应用前景的发电模式。随着社会经济的不断发展，未来风力发电的容量必然会越来越高。但是，我国风电在取得成绩的同时，也要看到与国际先进国家之间的技术差距，尤其是我国的风电技术与世界上的风电强国如德国相比，还有一定差距，具体表现在风电并网过程中容易出现谐波污染与闪变问题，无法保证供电质量的持续稳定性，这样既会影响发电安全，也会影响终端用电安全。而且随着风电总量的不断增加，这样的问题也越发显著。只有从根本上解决这一问题，才能够让风力发电更好地为社会做出贡献，在满足社会对电能需求的同时保证电能质量。所以，针对风力发电并网技术展开研究，对于我国当前的风力发电有非常重要的意义。

1 风力发电并网技术

1.1 同步并网技术

理论上来说，如果能够使得同步发电机机组与风力发电机组处于相同步调，则能够实现最好的风电并网效果。然而，就实际情况来看，风力发电的过程并不是稳定不变的，不同风速、风力、风向等，都会对发电产生相应的影响，这也使得发电转子会表现出一定幅度的摇摆性，这也导致风电并网调速，难以真正完全匹配同步发电机精度，出现失步的状态是大概率时间。所以，如何才能够真正实现风力发电同步并网，一直以来都是该领域的重要课题。当前这方面虽然尚未获得完美解决方案，但是研究也取得了一定的成果。

1.2 异步并网技术

异步并网技术就是首先将异步发电动力机组与风力发电机组结合，再使之依据统一步调运转。该技术相对同步并网技术，所受的限制要小很多，必须保证风力发电并网调速精准性，只要发电转子运转时风力发电并网调速一部发电机转速保持一定程度的协调即可。采用异步发电机方式，能够有效防止系统中设置过于复杂的问题，同时，并网过程中也不会出现无振荡或失步问题，所以整体的状态能够保持较高的平稳性。但是，就当前的实际状况来看，采用异步并网技术的不足是显著的。异步并网容易导致并网中因为冲击电流过大、电压降低等原因，使得整个发电机组的稳定性受到较大影响，特别是不稳定系统频率值大幅下降，使得异步发电机电流显著升高。所以，选择异步并网技术，一方面要做好相关准备工作；另一方面，要妥善维持异步风力发电机组的稳定性。

2 风电并网运转运行实验

2.1 动态无功抵偿设备公用特性测试实验

动态无功抵偿设备公用特性测试实验是当前的风电并网运转实验中非常重要的一个实验，其目的是要验证电容抵偿投切的相关流程以及具体动作的合理合规性。该实验就操作来看并不复杂，只是需要在运转机组并网时，正对性地改变发电机输出功率，并且对机组的负载状态相应地作出改变。此外，在整个试验过程中，要尽量避免其他的相关因素可能对结果造成的影响。该实验最好选择工况相对较差、风速稳定性不高的时间点展开试验，这种发电状态能够让结果尽可能准确。

2.2 风电场电能质量测试实验

在针对风电并网展开风电场电能质量测试实验之前，首先要保证风电场风机停运，而且还只能对全部并网点展开全方位的检测，从而确认各自谐波电压的稳定性，同时，要确定电压总谐波有无异常。如果这样的状态下风电场运转正常，需要就功率区间、谐波电压等展开有效检测，这样才能够得出风电场谐波电流究竟是不是满足相关要求。

3 风电并网对电能的影响

3.1 谐波影响

就当前风力发电并网的实际情况来看，谐波影响是首要面对的问题。风电并网产生的谐波影响，对于整个电网状态造成了一定的影响。分析谐波产生的原因，主要来自以下两个方面。一方面是因为并网过程中逆变器产生的谐波。另一方面是风力电源接通后的运行，造成了谐波的产生。谐波进入电网后，会对整个供电系统的电能质量造成明显的影响。当前我国风电并网应用较多的为软并网技术，这种技术在并网冲容易出现大冲击电流，这样外界风速超过了切出风速，就会导致风机并不能维持在额定状态下运行，这同样造成了电网电能质量下降的问题。

3.2 电压波与闪变

随着可持续发展理念的深入人心，风力发电作为一种新能源发电形式，表现出了较强的成长性，所以近年来风电容量保持较高的增长速度。但是，风电容量的增加，使得并网对电网电压的影响越来越大，具体来说，就是电压波动与闪变。风力发电并网过程中，假如连接位置与配电变压器之间的距离过小，这种状态下风电并网尽管电压闪变的影响相对不大，但是，却会让电流影响变大，进而导致馈线附近电压便显出剧烈的变动，这种变化可能会直接损坏发电机组的设备。另外，风力发电并网后，会使电网电压升高，特别是当前风电并网绝大部分采用异步电机。异步电机的持续运转，构建旋转磁场必然会导致很多的无功功率白白损失。再加上功率分布方式对电网电压会造成干扰，导致并网以后一些无功功率被一定程度的消耗，所以电网压降迅速提升，导致电能质量受到较大影响。

4 风力发电并网电能控制措施

4.1 并网谐波控制

为了更有效地避免风电并网造成的电能质量下降，要针对性地采取相应的措施尽量控制电能质量，而当前的主要方法就是抑制谐波。具体来说，就是通过向系统增加静止无功补偿设备，然后，根据无功功率有无发生变化作为判断标准，对无功功率的展开有效的跟踪。这样的一种方式不但具有很高的准确率，而且还有很快的反应速度。此外，通过增加静止无功补偿设备，还可以对电压的稳定性起到有效的控制效果。比如，当风速波动不稳的时候，电压就会出现电压稳定性的波动，这样就能够达到消除谐波的目的，从而最大程度地降低风力发电并网对电网质量的影响。

4.2 电压波动与闪变控制

在风力发电并网中，控制电压波动与闪变主要通过以下两方面达到控制的效果。一方面，增设有缘电力滤波设备。这是当前风电并网技术中较为常用的一种控制闪变的措施，具体来说，就是在负载电流出现波动之前，主动针对负荷变化的无功电流实施相应的补偿，从而达到补偿负荷电流的效果。对于整个风力发电系统来说，将可关断电子设备应用于有源电力滤波设备，这样就能够以电子设备发挥系统电源的效应，从而实现畸变电流向电压符合输送，并且电流均保持为系统正弦基波电流。另一方面，是增设优良补偿设备。通过这种措施能够在一定程度上对电压波动实施有效抑制，从而避免其出现，同时采用增设动态恢复设备的方式。这样一来，增加的补偿装置，因为其自身具备可存储能量单元，所以能够在提供无功功率的同时对其予以有效的补偿，这样就能够最大程度地防止电压波动引发的问题，使电网中的电能质量处于较高的水平。

5 结语

综上所述，当前，我国的风力发电技术已经有较为成熟的应用，并且已经为社会用电发挥了重要作用。但是，风电并网会在一定程度上对电网产生影响，而且随着风电容量的不断增加，这种影响也越来越明显和严重，所以，要采取有效的方法控制这种不利影响，从而为社会提供更高质量的电能。本文针对风电并网对电能的主要影响展开了探讨和分析，并针对性地总结了相应的优化措施，希望能够对我国风力发电并网起到一定的促进作用，更好的发挥风力发电的价值。