风力发电并网技术及电能质量控制综述

风力发电并网技术及电能质量控制综述

曹璐媚

浙江中新电力工程建设有限公司，浙江 杭州 311200

摘要: 风能作为一种可再生的清洁能源，近年来获得了国家与社会各界的大力支持，规模日益增大，在我国电力事业中的地位日益提高。文中主要针对风力发电并网技术及电能的质量控制进行探讨，首先介绍了风力发电并网技术，分析了并网对风力发电电能质量的影响，并提出了控制电能质量的策略与建议，旨在为风力发电电能质量控制提供一定的理论参考。

关键词: 风力发电; 并网技术; 电能质量

0引言

近年来，由于风力发电的清洁无污染、资源分布广泛以及投资少等原因，受到了人们的广泛关注，获得了极大的发展。但随着风力发电厂容量增加的同时，其对于电网系统的影响也是较为严重的，不容忽视。风电机组并网运行的规模越大，对于电能质量的影响也就越严重，如电压波动和闪变等负面影响。风电机组运行的特性和风力资源的不确定性决定了风电机组的输出功率是不够稳定的，这会对电能质量造成影响。现阶段，我国的风力发电机组通常采用软并网的方式，但仍会在启动时产生极大的冲击电流。如果风速超过切出风速，风机会自动停止运行。如果整个电网的风机同时运行，冲击电流必定会对整个电网造成极大的影响，进而影响到电网电能质量。同时，风机的塔影效应和风速产生变化都会引发风机的波动，而且这种波动处于电压闪变产生的频率范围内，因此，风机运行也会导致电网电能质量的隐患。

1 风力发电并网技术

选择好合适的风力发电并网技术对于企业来说十分重要， 要求发电器输出的幅值、电压频率及相位方面都需要与电网系统抑制。风力发电在并网过程中，其对电网产生的冲击力会随着风力发电机机组整体容量的增加而上升， 如果并网遭受到过大的冲击力， 电力系统的电压值会因此下降， 塔架、发电机等机械部分也因此会产生磨损， 如果并网遭受较大冲击的时间过长的话会不同程度的影响到其他挂网机组， 系统甚至可能会被瓦解， 所以选择好合适的并网技术十分重要。

1.1 同步风力发电机组并网技术

风力发电并网技术的选用极为重要，该技术需要发电机所输出的电压频率、幅值及相位方面都同电网系统的电压保持一致。若风力发电机机组整体容量不断上升，风力发电在并网过程中针对电网所产生的冲击力也会相应增加。若并网冲击力过大，不仅会使得电力系统的电压值有所下降，同时也会导致发电机、塔架以及机械部分形成一定的磨损。若是并网冲击时间过长，甚至会导致系统被瓦解，其他挂网机组的运行也会受到不同程度的影响。故而，企业应选用合适的并网技术。

1.2 异步风力发电机组并网技术

相比同步风力发电机组并网技术，异步风力发电在实际工作当中，并不需要机组调速具有较高的精度，也无需与设备保持同步或是整步操作，只需转速与同步转速基本相同，便可实施并网。因为异步风力发电机只需依靠转差率，便能完成对负荷的调节。风力发电机组搭配异步发电机使用的最大优势在于该搭配无需复杂的控制装置。实现并网之后，也不会形成无振荡或是失步等问题，运行较为稳定，可靠性强。然而，该技术同样存在一定缺陷：第一，如工作人员直接进行并网操作，容易形成大冲击电流，进而令电压逐渐下降，对系统的稳定运行造成不利影响。第二，系统自身无法形成无功功率，因此需要工作人员补偿一定无功功率。

2风力发电并网技术对电能质量的影响

由于近些年来风力发电机组并网的应用规模不断扩大，其对电能质量的影响也随之增加，其中，部分影响并不利于电网电能质量的提高。较为常见的问题便是电压波动以及闪变。电压风力资源本身具备不稳定性，加之风力发电机组自身运行特点，导致风力发电机组自身输出功率难以稳定，进而对电网电能质量造成不利影响。如今，风力发电机组往往使用软并网方式实现并网，但在设备启动过程中依旧会形成冲击电流，且电流值较大。若切出风速低于风速，则处于出力工作状态下的风机会自动停止运行。不仅如此，风速难以控制与风机所形成的塔影效应也会对风机处理造成影响，使得风机出力出现波动现象，且波动值处于可以形成电压闪变的范围当中。故而，即使风机正常运行，也会令电网出现闪变现象。

3控制风电电能质量的策略

3.1 抑制谐波

SCV，即静止无功补偿器有着极快的反应速度，是由多台电抗器、可投切电容器和谐波滤波装置组成，能够有效实时跟踪变化的无功功率，并调节电压变化，实现滤除谐波的目的，从而提升电能质量。

3.2 抑制电压波动与闪变

(1) 有源电力滤波器。要想对电压闪变形成有效抑制，就必须在负荷电流发生波动时，及时补偿无功电流，从而在很大程度上补偿负荷电流; 而且，有源电力滤波器中的电子器件是可以关断的，这样就可以通过电子控制器来实时替换系统电源，向负荷电压输出畸变电流，确保电力系统向负荷提供的电流为正弦基波电流。此外，该设备具有电压波动大、相应速度快、闪变补偿率高及容量小等特点，其控制能力较强，运行过程安全可靠，能够有效控制电压波动。

(2) 动态电压恢复器。在电压偏低的配电网中，有功功率的快速波动也会导致电压闪变问题，在这种情况下，就要求补偿装置不仅要进行无功功率补偿，同时要提供瞬时有功功率补偿。这是由于如果补偿装置带储能单元，就能够及时有效的提升电能质量，因此以往的无功补偿装置无法达到这种要求，由带储能单元的补偿装置所替代。动态电压恢复器自带储能单元，可以在ms 级内向系统注入电压，能够实时补偿负荷电压，有效解决电力系统中电压波动的问题。就目前来看，动态电压恢复器是解决电压波动，改善动态电压质量的最主流方法。

(3) 统一电能质量控制器。要想实现电流和电压问题的统一补偿，就需要通过综合类补偿装置进行补偿，统一电能质量控制器就是一种能够结合串、并联的补偿装置，实现统一补偿。该补偿装置自带储能单元的串并联组合，能够解决电力系统中的综合补偿问题，如可以应用于配电系统中的谐波补偿，还可以有效改善电能质量。

4风电并网技术的发展前景

通过采用电力电子技术，风电机组的运行特性大为改善；通过有功、无功控制，风电机组可以对系统的频率和电压控制起到一定作用；而大规模风电场的并网运行，也将会逐渐降低风力发电的成本，使风力发电更为普及。因此，现今的电力电子技术对于风电机组的控制、电能的转换以及电能质量的改善都能起到关键作用，具体应考虑以下几个方面：

(1)为增加风能的利用效率和减小电力电子变换器的能耗，要选择适合的电力电子变换器来匹配变速风力发电机系统；

(2) 增加无功动态补偿装置SVC 或TSC 有利于电网和风力发电机的故障恢复；

5结束语

通过先进的电力设备与电子技术进行风力发电机组控制，改善电能质量对于电力事业而言有着极为重要的意义，但在风力发电并网中仍存在很多技术上的普遍问题。文中通过介绍风力发电并网技术，进而提出改善电能质量的策略，希望能够对风力发电技术的普及和电力事业发展提供一定的理论参考。此外，很多问题如更加高效的利用风能、提高发电效率、提高功率因数及减小并网时的冲击电流与谐波等问题，仍需要我们进一步探讨。

参考文献

［1］ 李昆. 浅析风力发电并网技术及电能质量控制[J] . 应用能源技术, 2016 , 14 (11) : 49 - 51 .

［2］ 樊裕博. 风力发电并网技术及电能质量控制策略[J] . 科技传播, 2015 , 7 ( 21 ) : 43 - 44 .

［3］ 魏巍, 关乃夫, 徐冰. 风力发电并网技术及电能质量控制[J] . 林电力, 2014 , 42 (05) : 24 - 26 .