探究風力發(fā)電并網(wǎng)技術及電能質(zhì)量控制措施

張玉林

（中國水電建設集團錫林郭勒風電開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特026000）

1 引言

風力發(fā)電是將風的勢能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電形式，較燃煤發(fā)電更為綠色環(huán)保，應得到大力推廣。但是，我國目前風力發(fā)電技術相較于德國等風力發(fā)電強國還有很大的差距，在風電并網(wǎng)方面會因為諧波而降低系統(tǒng)容量，并使設備加速老化，甚至影響發(fā)電安全。另外，還會產(chǎn)生并網(wǎng)閃變問題，導致終端用電設備發(fā)生異常甚至損壞電器。目前，只有解決諧波和閃變并網(wǎng)問題，同時，加強電網(wǎng)調(diào)峰能力、和智能電網(wǎng)建設并提高電能消納水平，才能確保風力發(fā)電得到充分利用，發(fā)揮綠色能源的作用。

2 風電并網(wǎng)的必要性

傳統(tǒng)的發(fā)電是利用燃煤或燃氣燃燒使熱能轉(zhuǎn)化為動能，然后轉(zhuǎn)化為電能，會形成大量的氮氧化合物和碳氧化合物，對環(huán)境造成不利影響，而且處理發(fā)電帶來的二次污染費用十分高昂。而風力發(fā)電和太陽能、水能發(fā)電一樣，都屬于綠色自然能發(fā)電范疇，清潔無污染，對我國的綠色可持續(xù)發(fā)展具有促進作用。另外，我國風能資源豐富，具有風能發(fā)電的基礎優(yōu)勢，而且近些年來風能發(fā)電量迅猛增加，為我國工業(yè)發(fā)展做出了積極貢獻。在我國的發(fā)展規(guī)劃中，2020 年要實現(xiàn)20GW 的風電發(fā)展目標。風力發(fā)電的一種形式是離網(wǎng)型，即自行成網(wǎng)，不接入電網(wǎng)系統(tǒng)，和水利發(fā)電相結(jié)合能解決偏遠地區(qū)的供電需求。但是，離網(wǎng)型風電形式?jīng)]有充分發(fā)揮出風電的巨大優(yōu)勢，故此風電并網(wǎng)成為一種趨勢。因為除了環(huán)保優(yōu)勢，風力發(fā)電占地少，建設工期短，而且最主要的是可以進一步實現(xiàn)智能化電網(wǎng)管理。再者，并網(wǎng)之后，風力發(fā)電廠可以獲得電網(wǎng)補償和支撐，從而進一步提高風能利用水平，以提高潔凈能的利用價值。

3 2 種風電并網(wǎng)技術的分析

3.1 同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術

因為同步發(fā)電機組轉(zhuǎn)子帶有磁極，節(jié)省了勵磁電能，故發(fā)電效率更高。而且其工作中可以輸出有源電力，可以向電網(wǎng)提供無功功率，從而使終端用電設備得以正常運轉(zhuǎn)，等同于提高了電網(wǎng)的可靠性。但是，風能具有不可調(diào)控性，在我國一些地區(qū)，春秋季風量大，可以產(chǎn)生大量電能，風電并網(wǎng)會對電網(wǎng)形成強烈沖擊，降低電力系統(tǒng)電壓值，使發(fā)電機等形成磨損，降低設備的使用壽命。另外，這種并網(wǎng)技術因為風速的不可調(diào)控性，不同等級的風之間的轉(zhuǎn)換使轉(zhuǎn)子扭矩失去穩(wěn)定，最終使電壓頻率、振幅和相位輸出不能和電網(wǎng)系統(tǒng)電壓保持一致。具體的解決辦法是在風力發(fā)電廠和電網(wǎng)之間安裝頻率轉(zhuǎn)換器[1]。

3.2 異步發(fā)電機組并網(wǎng)技術

異步發(fā)電機組和同步發(fā)電機組相比，其因為風力渦輪機通過傳輸效率調(diào)整負載，故不需要精確的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)和系統(tǒng)電壓匹配，只要和同步發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速基本一致即可。故此，其沒有十分龐雜的控制設備，而且并網(wǎng)以后與同步發(fā)電機組相比，對電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊小，而且能夠保持較為穩(wěn)定的電壓，會有效抑制震蕩和步進。但是當人工操作時，可能會出現(xiàn)電壓改變，從而使整個系統(tǒng)電壓值發(fā)生改變。另外，其不能提供無功功率，會導致終端用電客戶用電體驗，造成電器設備損壞，因此，需要進行無功功率補償。

4 風電并網(wǎng)供電可靠性影響因素以及解決方案

4.1 諧波影響

風力發(fā)電的諧波主要是因為風速不穩(wěn)定引起電壓變動而形成，電壓時高時低必然會對整個電網(wǎng)形成壓力，導致電網(wǎng)老化，增加電網(wǎng)供電不可靠性。要緩解諧波，可利用諧波濾波器予以處理，或者在系統(tǒng)中加入靜止無功功率補償設備，其根據(jù)風力發(fā)電機組電力電壓形成有效調(diào)節(jié)，從而確保電網(wǎng)的可靠性。

4.2 閃變影響

閃變帶來的危害是導致終端用電設備運轉(zhuǎn)異常，使人們對發(fā)電工作存在異議。發(fā)電機組電壓波動是其產(chǎn)生的根本原因，故此，可以將動態(tài)電壓恢復設備植入發(fā)電系統(tǒng)中，其可以補償無功功率，也能補償有功功率，而且該設備本身可以儲藏電能，故此可以保證電網(wǎng)整體供電的可靠性。

總而言之，對于諧波和閃變，需要管理人員能夠綜合利用系統(tǒng)中的補償設備、電能質(zhì)量控制設備，實現(xiàn)儲能單元串聯(lián)組合和并聯(lián)組合，使整個供電系統(tǒng)得到諧波補償確保整個電網(wǎng)可靠性。

5 其他建議

5.1 提高電能消納水平

電網(wǎng)供電可靠性和電能消納水平有直接關聯(lián)。在現(xiàn)如今沒有實現(xiàn)全國電網(wǎng)智能聯(lián)網(wǎng)的情況下，若地方發(fā)電量超過用電量，會造成窩電現(xiàn)象，而窩電會阻礙風力發(fā)電并網(wǎng)，因為本身燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電已經(jīng)足夠本地電能消費，自然無須風力發(fā)電，會導致風力發(fā)電設備擱置，造成社會資源浪費。提高電能消納水平，應鼓勵當?shù)亟?jīng)濟建設過程中提高電能利用水平，但是因為電能是有償消費，價格影響之下會抑制消費能力，需要考慮當?shù)氐木唧w情況，再調(diào)整價格。這就需要市場機制充分地進入電力市場，實現(xiàn)靈活的消費機制，刺激當?shù)仉娔芟摹Ｖ挥腥绱?，才能使當?shù)仫L力發(fā)電融入電網(wǎng)中，提高潔能發(fā)電使用率，改善當?shù)氐沫h(huán)境水平[2]。

5.2 改善電網(wǎng)調(diào)峰能力

每個地區(qū)的用電水平不同，而且同一個地區(qū)的用電水平也會因為季節(jié)不同而發(fā)生差異，這需要電網(wǎng)具有靈活的調(diào)峰能力。而調(diào)峰機制中能否順暢地接入風力發(fā)電機組緩解火電供給不足，成為現(xiàn)階段阻礙風電并網(wǎng)的一個因素?？v觀我國現(xiàn)階段電網(wǎng)調(diào)峰能力，與德國等發(fā)達國家相比還有很大的距離。風力發(fā)電反調(diào)峰作用具體指的是其功率輸出是不確定的，主要是受風力以及季節(jié)影響非常明顯。所以，必須建立智能化系統(tǒng)對用電峰值進行動態(tài)監(jiān)測，并結(jié)合風力發(fā)電具體參數(shù)，使風電和電網(wǎng)形成動態(tài)匹配，這才是確保風電并網(wǎng)供電質(zhì)量可靠性的有效手段。

5.3 推進電網(wǎng)智能化進程

風電并網(wǎng)后，會對電力系統(tǒng)形成沖擊，或者說電網(wǎng)發(fā)生故障后，風力發(fā)電機組會向系統(tǒng)故障點提供短路電流。若在電網(wǎng)設計中不考慮風力發(fā)電機組影響，容易導致其作用于系統(tǒng)繼電保護裝置使其發(fā)生誤動，從而影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行。另外，風力發(fā)電機組融入電網(wǎng)后，產(chǎn)生的諧波和閃變帶來的負面影響也很顯著。因此，在電網(wǎng)中融入智能化設備，可以使風電系統(tǒng)更穩(wěn)健，是確保風電并網(wǎng)更加順暢的關鍵。智能化電網(wǎng)建設已成為我國電力發(fā)展的必然之路，而且智能化電網(wǎng)建設對“窩電”具有很好的轉(zhuǎn)移作用，從而可以使新疆和內(nèi)蒙古等地區(qū)的風能電力轉(zhuǎn)移到湖南等電力需求較大地區(qū)，如此間接促進不同地區(qū)經(jīng)濟的協(xié)同發(fā)展。

6 結(jié)語

風電并網(wǎng)是必然趨勢，是我國綠色可持續(xù)發(fā)展的根本保證。其中，關鍵點是如何降低風力發(fā)電具有的諧波、閃變現(xiàn)象，使其具有的反調(diào)峰特性降低。而最終的指向都是智能電網(wǎng)建設，因為其從微觀上可以確保風電并網(wǎng)更加順利，宏觀上可以實現(xiàn)全國電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)緩解窩電，使風電電能迅速支援缺電地區(qū)，從而增加了潔能發(fā)電價值和效率。