風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制措施探討

董云波

摘要：風(fēng)能是一種清潔可再生能源，在我國電力事業(yè)中的地位日益提高，因此，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)成為新能源發(fā)電重要的發(fā)展趨勢之一。為提高風(fēng)力能源的利用效率，必須要采取有效措施，提升風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)水平，加強電能質(zhì)量的有效控制。本文對風(fēng)力發(fā)電及其并網(wǎng)進行進行了分析，并探討了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量影響及控制措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；并網(wǎng)；電能質(zhì)量；控制措施

引言

從目前我國的實際國情來看，通過風(fēng)和太陽能來進行新能源發(fā)電的項目越來越多，設(shè)備也越來越完善。相比于前幾年，這些設(shè)施的數(shù)量有了明顯的增長。通過這一系列的現(xiàn)象都可以知道，新能源在我國的發(fā)展前景是非?？捎^的，但是在急速發(fā)展的過程當(dāng)中卻存在必然產(chǎn)生的問題。以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)力發(fā)電沒有任何污染，成本較低，但是風(fēng)力發(fā)電廠常常處于比較偏遠的環(huán)境，受到各種不確定因素的影響，對電網(wǎng)的運行產(chǎn)生諧波污染、電壓波動等影響，因此風(fēng)力發(fā)電具有一定的不穩(wěn)定性和波動性。在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，要根據(jù)實際情況選擇合適的并網(wǎng)技術(shù)，并積極采取措施，做好電能質(zhì)量控制。

1風(fēng)力發(fā)電及其并網(wǎng)技術(shù)

1.1風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機組主要包括風(fēng)力機、永磁同步發(fā)電機、功率變換器、測量與控制系統(tǒng)等幾大部分，如圖1所示。風(fēng)力發(fā)電的基本原理是：風(fēng)力機中的風(fēng)輪能夠采集和吸收風(fēng)力能源，在這個過程中外界風(fēng)力作用在槳葉上具有一定的功角和速度，從而使得槳葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩發(fā)生轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)風(fēng)能和機械能之間的轉(zhuǎn)換。之后，通過永磁同步發(fā)電機將這部分機械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機輸出的電能還需要電力電子變化器才能夠輸入到并聯(lián)的電力網(wǎng)絡(luò)中，從而為主電力系統(tǒng)提供輔助電能。

1.2風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并入到電網(wǎng)系統(tǒng)中，常見的方式包括以下兩種：

1.2.1同步風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)

同步風(fēng)力發(fā)電機組就是風(fēng)力發(fā)電機與同步發(fā)電機的結(jié)合。在運行同步發(fā)電機的同時，不僅能夠有效地輸出有功功率，而且可以給發(fā)電機組提供無功功率，并確保周波的穩(wěn)定性，極大程度上提升電能的質(zhì)量，所以在我國的電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用功能較多。通常情況下，風(fēng)速的波動較為明顯，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)出較大幅度的波動，無法達到發(fā)電機組并網(wǎng)調(diào)速的精度。如果將風(fēng)力發(fā)電機與同步發(fā)電機融合之后未充分考慮這些隱患，特別是載荷較大的情況下，很可能使整個電力系統(tǒng)出現(xiàn)失步現(xiàn)象或無功振蕩。因此，在同步風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)中必須要綜合考慮這些問題，可以采取在同步發(fā)電機和電網(wǎng)之間安裝變頻器等措施，避免電力系統(tǒng)無功振蕩或失步問題，進而提升同步風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)水平。

1.2.2異步風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)

異步風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)主要根據(jù)轉(zhuǎn)差率的基本原理，對發(fā)電機的運行負荷進行調(diào)整，當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相近時，就可以實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組與配電網(wǎng)的并網(wǎng)。異步風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)與同步風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)相比，不需要高精度的機組調(diào)速在實際工作中，不需要保持同步或是整步操作與設(shè)備，基本保持轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相同就可以實施并網(wǎng)。異步發(fā)電機與風(fēng)力發(fā)電機組相搭配具有著不需要復(fù)雜控制裝置的優(yōu)點，這得益于其只需要依靠轉(zhuǎn)差率便可以調(diào)節(jié)負荷的特點。異步風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)后不會出現(xiàn)同步風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)、無振蕩的問題，其運行時有著較強的可靠性和穩(wěn)定性。異步風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)技術(shù)也有一定的不足，例如，大沖擊電流容易在工作人員直接進行并網(wǎng)操作時產(chǎn)生，導(dǎo)致電壓下降，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行等。

2風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響

2.1引入諧波

隨著風(fēng)力發(fā)電機組運行規(guī)模的不斷增大，其對整個電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響也不斷增加。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)往往會引入一系列的諧波，風(fēng)力電源本身會形成諧波源，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中應(yīng)用到的逆變器也會產(chǎn)生諧波，這些原因都可能產(chǎn)生較多的諧波引入，從而影響整個電網(wǎng)的電能質(zhì)量。同時，大部分風(fēng)力發(fā)電機組通過軟并網(wǎng)方式完成并網(wǎng)，在這個過程中，容易產(chǎn)生較大的沖擊電流，嚴重影響并入電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

2.2造成電壓閃變和波動

除了諧波能影響風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量之外，電壓閃變和波動也是影響電能質(zhì)量的一種重要問題。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)連接過程中，當(dāng)配電變壓器遠離連接位置時，饋線周圍的電壓將會產(chǎn)生較大幅度的波動，導(dǎo)致電力設(shè)備的損害，影響其正常工作狀態(tài)。此外，風(fēng)力發(fā)電的接入，引起電網(wǎng)電壓的提升，尤其是目前風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用較多的是異步電機，這種發(fā)電機在構(gòu)建旋轉(zhuǎn)磁場的時候無功功率會有所消耗，這些功率分布對整個電壓有巨大的影響。此外，風(fēng)力發(fā)電的接入，引起電網(wǎng)電壓的提升，尤其是目前風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用較多的是異步電機，這種發(fā)電機在構(gòu)建旋轉(zhuǎn)磁場的時候無功功率會有所消耗，這些功率分布對整個電壓有巨大的影響。

3風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)電能質(zhì)量控制策略

3.1有效抑制諧波

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中可以利用靜止無功補償器對諧波危害進行抑制，對電能質(zhì)量進行控制，例如，在系統(tǒng)中添加靜止無功補償器、電抗器、可投切電容器等靜止無功補償器。靜止無功補償器的應(yīng)用優(yōu)勢在于響應(yīng)速度較快，能夠?qū)崟r跟蹤并網(wǎng)后的無功功率變化情況，對風(fēng)速不穩(wěn)定所導(dǎo)致的電壓起伏現(xiàn)象進行大幅度調(diào)節(jié)，從而有效消除諧波，使風(fēng)力發(fā)電機組運行狀況不影響電網(wǎng)電能質(zhì)量，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

3.2電壓閃變和波動的抑制

第一， 應(yīng)用有源電力濾波器，在負荷發(fā)生變化時，實時補償無功電流，從而有效穩(wěn)定符合電流的波動情況，有源電力濾波器的主要構(gòu)造包括電力晶體管和可關(guān)斷晶閘管，大部分屬于可關(guān)斷的電力器件，可以利用電子控制器取代傳統(tǒng)電源作用，通過發(fā)出畸變電流，從而保障系統(tǒng)為負荷發(fā)出穩(wěn)定的正弦基波電流，有源電力濾波器不僅響應(yīng)迅速，還能夠快速進行電壓閃變補償，從而有效控制電能質(zhì)量，降低電壓波動，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性；第二，應(yīng)用動態(tài)電壓恢復(fù)器，

可以添加動態(tài)電壓恢復(fù)設(shè)備在系統(tǒng)中在中低壓類型配電網(wǎng)的情況下，因為其同樣會發(fā)生電壓閃變問題在有功功率高速波動過程中，與此同時需要更加優(yōu)秀的補償裝置，補償裝置要在提供無功功率的同時能夠補償有功功率，因為補償設(shè)備自身帶有儲能單位，進而使得電能質(zhì)量整體得到提升。

結(jié)束語

總而言之，隨著電氣時代的不斷發(fā)展，電力能源需求只會越來越大，傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)遠遠無法滿足這種需求。風(fēng)能是潔凈的可再生可持續(xù)發(fā)展的綠色能源，采用風(fēng)力發(fā)電是受到大力倡導(dǎo)支持的，因此在我國的電力行業(yè)中占據(jù)的比例也越來越高。但是風(fēng)力發(fā)電目前存在的一些欠缺之處影響了其普及速度，還需要繼續(xù)發(fā)展與完善。相信在不遠的未來，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)必將能攻克一切技術(shù)難關(guān)，成為發(fā)電事業(yè)的引領(lǐng)者和主力軍。

參考文獻：

[1]米凌志.風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)及電能質(zhì)量控制的相關(guān)探討[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2017（08）：149-150.

[2]樊裕博.風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制策略[J].科技傳播，2015，7（21）：43-44.