探究風力發(fā)電并網(wǎng)技術的應用及電能質量控制策略

王雨思

摘要：在環(huán)保大背景下貫徹環(huán)保理念，實現(xiàn)再生資源的開發(fā)利用，成為現(xiàn)階段各行業(yè)關注的焦點。風能是眾多可再生資源之一，可以保護清潔無污染的環(huán)境。為滿足人們的用電需求，必須在風力發(fā)電系統(tǒng)中廣泛應用風電技術，為人們提供優(yōu)質的電能。因此，對風電并網(wǎng)技術進行分類，掌握電能質量管理策略，旨在實現(xiàn)更高的經(jīng)濟效益和社會效益，為風電并網(wǎng)提供具體參考。

關鍵詞：風力發(fā)電;并網(wǎng)技術;電能質量控制

一、風電并網(wǎng)的必要性

傳統(tǒng)的發(fā)電利用煤或天然氣燃燒將熱能轉化為動能，然后再轉化為其他電能。它會迅速形成大量的有機氮氧化物和大量的碳氫化合物二惡英，對人類環(huán)境健康產(chǎn)生不利影響。此外，有必要處理風力發(fā)電造成的二次空氣污染。處理費用很高。目前，風力發(fā)電與其他太陽能、水電綜合發(fā)電一樣，已納入國家綠色清潔能源綜合發(fā)電戰(zhàn)略。清潔能源無污染，對促進我國綠色能源的可持續(xù)發(fā)展具有積極作用。此外，我國風力發(fā)電資源豐富，具備發(fā)展綜合風力發(fā)電的良好基礎條件。

在中國今年的風電發(fā)展五年計劃中，2021的目標應該基本實現(xiàn)。根據(jù)國家能源局正式發(fā)布的《2021年度風電和光伏發(fā)電發(fā)展建設有關事項通知（征求意見稿）》中國風力發(fā)電和光伏發(fā)電的年發(fā)電量將占整個工業(yè)平均能耗的11%，占2021，后續(xù)將逐年穩(wěn)步增長，2025左右將達到16.5%左右。目前，“碳中和”總體發(fā)展方向明確，疊加風電產(chǎn)業(yè)五年發(fā)展規(guī)劃目標已經(jīng)確定。預計“十四五”期間，風電年裝機容量將繼續(xù)迎來“質”的快速增長，這確實是風電行業(yè)的五年發(fā)展目標。

二、風力發(fā)電并網(wǎng)技術

2.1同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術

同步風電并網(wǎng)系統(tǒng)中的三相同步發(fā)電機可輸出交流電流，通過整流器將信號轉換為直流，經(jīng)電壓濾波后直接送入DC/AC作為逆變器的直流輸入，然后直接輸出滿足風電電網(wǎng)性能要求的一定頻率的交流電壓和并網(wǎng)功率，最后對輸入的交流電壓進行濾波，直接并網(wǎng)發(fā)電。在上述應用過程中，為了有效保證并網(wǎng)電源的利用質量，需要保證單臺輸出電機功率的實時同步和循環(huán)穩(wěn)定性，同時還可以提供無功功率。也許正是因為這種同步并網(wǎng)系統(tǒng)技術能夠具有較高的并網(wǎng)用電質量，所以在現(xiàn)代風力發(fā)電中得到了普遍應用。但在風電的實際應用中，由于其風速變頻的不穩(wěn)定干擾特性，在風電并網(wǎng)系統(tǒng)技術的實際應用中容易出現(xiàn)調速轉子轉矩不穩(wěn)定的干擾現(xiàn)象，這容易導致其調速和變頻性能不能完全滿足三相同步風力發(fā)電機組的高精度控制要求，導致無效調速、有功功率振蕩和調速失步干擾的頻繁發(fā)生。但在全球電子信息網(wǎng)絡技術飛速進步和發(fā)展的背景下，通過將調速變頻控制裝置直接設置在風電機組與風電網(wǎng)的連接方式，也可以有效避免上述干擾問題的頻繁發(fā)生。也就是說，并網(wǎng)系統(tǒng)技術作為單臺同步風力發(fā)電機組已逐漸開始得到廣泛應用。

2.2異步發(fā)電機組并網(wǎng)技術

與同步發(fā)電機并網(wǎng)技術相比，異步風電機組并網(wǎng)安全技術不需要高精度的電機組同步調速。只有保持機組的基本同步轉速和同步轉速，才能真正實現(xiàn)并網(wǎng)運行。異步高速風力發(fā)電機組不僅能在電網(wǎng)上可靠穩(wěn)定運行，而且自動控制系統(tǒng)裝置相對簡單。然而，隨著現(xiàn)代異步高速風力發(fā)電機組并網(wǎng)技術的發(fā)展，許多安全問題凸顯出來，直接影響工廠的電力運行質量，特別是并網(wǎng)運行后直接產(chǎn)生的大磁路沖擊勵磁電流，增加了異步風力發(fā)電機組并網(wǎng)的安全隱患;此外，異步高速風電機組的功率并網(wǎng)后，容易直接發(fā)生大磁路沖擊飽和功率故障，從而直接增大勵磁沖擊電流，降低電力系統(tǒng)的工作功率。為了有效保證異步風力發(fā)電機組并網(wǎng)后的穩(wěn)定安全運行，應適當加強對異步風力發(fā)電機組穩(wěn)定運行的安全監(jiān)督。因此，為了真正實現(xiàn)異步風電機組并網(wǎng)安全技術的廣泛應用和推廣，電廠電力運行管理部門往往需要首先采取一些相應的安全防范措施。

三、風能質量控制策略

3.1抑制電壓波動和閃變問題

針對風電機組在并網(wǎng)系統(tǒng)技術設備應用中容易遇到的電壓快速波動和閃變電流問題，有必要實施無功補償裝置，以有效應對電流快速變化的高壓電流閃變問題，如電源高壓電流濾波器的技術應用，結合斷電電子裝置的應用，直接替代并網(wǎng)系統(tǒng)中的電源，這種輸出正弦畸變基波電流的補償方法可以保證通過輸入將正弦基波電流補償?shù)焦╇娤到y(tǒng)。同時，該補償裝置還充分凸顯了其快速的電氣響應速度、高電壓閃變電流補償率和高電壓閃變可靠性。

在中低壓輸配電網(wǎng)絡中，由于系統(tǒng)功率和無功功率的快速電壓波動閃變現(xiàn)象，容易直接引起系統(tǒng)電壓波動閃變差問題，這就要求在應用上述無功功率和電能補償?shù)耐瑫r，通過綜合應用儲能聯(lián)動電能補償單元的功率補償系統(tǒng)裝置，可以很好地實現(xiàn)瞬時大功率電能補償裝置?？梢哉f，在實現(xiàn)系統(tǒng)綜合功率補償應用的同時，還可以進行系統(tǒng)諧波功率補償，有效解決其他系統(tǒng)功率補償控制器的問題，保證系統(tǒng)功率的使用質量。

3.2改善電能質量

并網(wǎng)運行時，風力發(fā)電機組最理想的城市電力運行波形是正弦波。但在實際并網(wǎng)運行中，由于功率直接受自身及其他外部因素的影響，此時的波形不應完全屬于正弦波。這直接導致許多大城市的電力系統(tǒng)質量低下，影響人們的日常生活和工作質量。因此，在正確分析直接影響城市電力系統(tǒng)波形質量的主要因素的基礎上，盡量不保證無功功率平衡和合理有效的調壓供電線路半徑。此外，還建議制定相應的導線調壓配電措施，有效解決部分調壓配電裝置負荷大、導線串聯(lián)不良等用電問題，有效提高城市電力系統(tǒng)質量。

3.3推進電網(wǎng)智能化進程

風電系統(tǒng)并網(wǎng)后，將對我國電力系統(tǒng)的性能產(chǎn)生很大的影響。也就是說，電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，兩臺風電機組可能會向電網(wǎng)故障區(qū)域提供較大的短路并網(wǎng)電流。如果在風電電網(wǎng)的工程設計中沒有充分考慮其對兩臺風電機組的影響，很容易導致作用于風電系統(tǒng)的繼電保護制動裝置不足，導致系統(tǒng)繼電誤動，嚴重影響風電電網(wǎng)的穩(wěn)定正常運行。此外，兩臺風電機組同時并網(wǎng)后，風電諧波和風電閃變引起的其他負面影響也十分顯著。

結語：

總而言之，并網(wǎng)風力發(fā)電是電能輸出的關鍵環(huán)節(jié)，將風能無縫轉換為電能，為風力發(fā)電機組的運行和發(fā)電提供有效可靠的支持。在能量輸出方面，產(chǎn)生風能的電網(wǎng)電壓與并網(wǎng)電壓保持恒定，提高了風電網(wǎng)絡整體供電穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]關小明.風力發(fā)電并網(wǎng)技術及電能質量控制研究[J].科技風，2020（22）：143.