风力发电并网技术及电能质量控制研究

于龙飞，王天阔

（华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州310030）

随着发电技术的迅速发展，中国现能够更加科学合理地应用天然能量，将其转变成电能，以此来达到资源可再生的目的。发电技术主要涉及到风力发电技术、水力发电技术等，其中风力发电属于现阶段应用最为广泛的一种发电技术。当前中国风力发电厂建设数量和规模不断扩大，对中国整体电网技术系统产生了更大的影响，一般风力发电厂都建在人烟稀少的区域，这就使得风力发电极易受到区域内各种自然因素的影响，而在很大程度上制约着中国风力发电的发展[1]。基于此，相关部门必须强化对风力发电并网技术的分析与探究，对电能的具体传输质量进行科学合理的控制，从而更好地推动风力发电的发展进步。

1 简述风力发电并网技术

1.1 同步风力发电机组并网技术

同步风力发电机组通过对风力发电机和同步发电机进行融合，在同步发电机的具体运行中，能够较好地确保输出功率的合理性；在发电机组的顺利运行中，能够为其提供一定的无功功率，并在极大程度上提升周波的可靠性，实现电能的有效传输。关于电力发电中同步风力发电机组并网技术的应用，仍然存在一些问题，即会发生较大的风速波动问题，致使转子出现过大的转矩波动，这就在一定程度上影响发电机组并网调速，也无法较好地确保发电机组并网调速的精准度[2]。基于此，相关人员需要对这一隐患进行深入探究，通过在电网与发电机之间对变频器进行恰当安装，以此来确保电力系统运行的稳定性，有效强化并网的整体质量。

1.2 异步风力发电机组并网技术

这一技术主要是由异步风力发电机、风力发电机所构成，通过有机融合这两部分，就无需要求异步风力发电机具有较高的精确度，仅要求发电机的转动速度和同步转速之间的差别较小即可。同时，异步风力发电机中涉及到的控制装置并不复杂，在完成并网后，能够显著提升该发动机的运行质量。而异步风力发电机组并网在具体实践中，往往会出现一些问题，例如，产生过大的冲击电流，减小电力系统中的电压值，引发运行安全隐患；电力系统会产生无功补偿与磁路饱和，这就在一定程度上增加无功激磁电流，减小低电力系统功率值。针对上述问题，相关部门必须切实做好电力系统的监督工作，加大对各种问题的预防力度，以此来确保异步风力发电机组并网运行的有效性[3]。

同时，在异步风力发电机运行过程中，并不要求其调速具备较高的精准度，因此无需安装同步设施和进行整步操作，仅需确保同步转速和转速统一即可，但注意不可存在过大的差距。当异步风力发电机与风力发电机相结合以后，其控制装置相对比较简单，且异步风力发电机组并网后，也不会产生无功振荡或是失步问题，这就有效保障了电力系统运行的可靠性与安全性[4]。然而也会存在一些问题，即两个发电机直接完成并网，往往会出现冲击电流，减少电压值，在极大程度上影响到电力系统的稳定运行，因此相关部门必须强化电力系统的监督工作，做好相应的预防工作。

2 风电并网对电网质量的影响

2.1 谐波影响

在风力发电并网时，往往会出现很多谐波，这就在很大程度上影响了整个电网的运行情况，具体体现为：①并网过程存在的逆变器会产生谐波；②待将风力电源接通以后，在运行过程中往往会出现谐波。当电网系统中进入了谐波后，这就大大降低整个电网结构的电能质量。同时，当下风力发电并网主要采用软并网技术，但该技术的使用会使整个并网过程中出现过大的冲击电流，一旦切出风速小于外界风速，将会造成风机脱离额定处理状态，并严重影响到电网电能质量。

2.2 电压波和闪变影响

随着风电容量持续增加，在并网过程中极易影响到电网电压，形成电压波动和闪变。若风力发电并网过程中，连接处与配电变压器之间的间隔距离太小，风电接入电网后形成的电压闪变并不会产生较大的影响，但会大大影响到电网电流，从而损坏到发电的用电设备。同时，当接入风力发电后，会在很大程度上增大电网电压，特别是当下风力发电应用普遍选择异步电机，在发电机运行过程中，建立旋转磁场往往会耗费大量的无功功率，这就影响到电网电压，导致电网线路上的压降增大[5]。

3 风力发电的电能质量控制策略

3.1 有效抑制谐波

在风力电网并网的具体落实中，需要科学运用静止无功补偿器来抑制谐波的危险，以此有效提高整体电能的质量控制效果。关于静止无功补偿器，其具有极快的反应速度，可全过程跟踪不断变化的无功功率，并对因风速不稳定而造成的电压变化等问题进行科学调节，从而对谐波进行有效滤除，保障整个电网运行的安全性与可靠性。

3.2 有效控制闪变和电压波动

为能够有效确保电力系统的正常运行，提高风力发电电能质量，相关部门应密切关注电压闪变问题。若出现电压闪变问题，相关人员应对这一问题进行细致观察，查明负荷电流的波动情况，结合这一情况来完成无功电流补偿处理，借助有源电力滤波器波动来对电力急剧波动问题进行有效处理，通过该设备来提高响应能力，对电压闪变进行科学控制与处理。针对由有功功率出现急速波动而引发的电压闪变问题，相关人员应借助补偿装置来对有功功率、无功功率进行合理补偿，需借助储能单元的作用，让动态电压恢复期能够尽快将电压传输至系统之中，从而对电压波动造成的一系列问题进行缓解。

3.3 强化并网管理

在风力电网并网工作中，相关部门需要构建风电信息统计分析系统，其中涉及到风电设计规划、前期准备、建设、并网及运行等一系列的信息数据库，可为相关企业、政府提供真实、准确、高效、公开的风电信息服务。同时，相关部门应强化风电接入系统工程管理，确保风电并网送出，即严格根据相关规范和标准来有效管理风电接入系统。若风电基地项目的建设规模较大，应在正式建设前做好风场接入系统与送出工程准备工作；针对地方核准的风电建设项目，应切实做好年度计划管理；需高度重视风电并网管理工作，结合自身实际情况来制定科学合理的并网检测等配套标准和要求，构建强制性入网认证与并网检测制度；还需不断提升自身的风电并网检测能力，根据自身的经济水平来尽量配备足够的测试设备，组建一支高素质的专业测试人才队伍，以此来确保大规模并网检测工作能够顺利开展[6]。此外，相关部门应强化风电运行管理，积极完善风电功率预测功能，尽快构建风电调度计划管理体系及申报考核体制，从而显著提升并网管理质量。

3.4 优化机组设计

在风力发电过程中，相关部门必须重点关注风力发电机组中每个环节是否科学连接，对相关设备的有效性进行严格控制，针对风电机组的选择，应尽量选择小体积、大兆瓦的风电机组，以此来确保在实际建设过程中可以更加便利地运输风电机组，较好地保障吊装的安全性，还能够较好地控制风电场的建设成本。同时，应注重提高叶轮捕风能力与风能转化效率，以此来显著提升整个设备的稳定性，并大大提高风电机组的运行效率。

3.5 加大对故障的诊断力度

在风电并网工作中，相关部门应注重提高有关工作人员的综合素质和业务能力，通过定期组织相关人员进行专业的技术培训和教育，使之能够充分掌握风电并网中相关设备设施的结构、故障诊断方法、损失维修方法、日常维护措施等，还需加大先进技术的普及力度，要求相关人员及时掌握无人机风机自动巡航技术、智能识别与检测报告自动化出具技术等，以此来有效提升相关人员的整体素质，为人们提供更加高质量的风电服务。

4 结语

综上所述，风力发电并网技术是一种新型的电力生产技术，通过对这一技术的有效应用，可较好地保障中国风力发电的电能质量。然而在该技术的具体应用过程中，往往会受到谐波、电压波和闪变的影响，对此，相关部门必须充分分析和探究该技术，采取有效措施来对这些影响因素引发的问题进行解决，以此来确保风力发电并网技术的作用得到全面发挥。