风力发电并网技术及电能质量控制研究

刘涛

摘要：中国是一个能源大国，其绿色可再生资源如风能、太阳能等，其应用范围广泛，对中国的经济发展起到了积极的促进作用。因此，有关部门应加强对风力发电技术的研究和应用，找出影响其稳定性的各种因素，并采取相应的措施，充分发挥其并网技术的优势，加强电力系统的运行，提高其稳定性，提高其品质，从而进一步优化和调整中国的能源结构。

关键词：风力发电；并网技术；质量控制

随着我国发电技术的飞速发展，中国利用自然能源可以进行科学、合理的利用，转化为电力，实现能源的可持续利用。风力发电技术包括风力发电、水力发电等，而风力发电是目前最常用的发电技术之一。目前中国风电机组的建设规模和数量日益增多，对中国电网技术体系的影响也越来越大，风电机组大多建在人口较少的地区，因此风电机组容易受当地气候条件的影响，成为中国风电发展的瓶颈。因此，有关部门应加强对风电并网技术的研究和探讨，科学、合理地控制电网的输电质量，以促进风电行业的发展。

1.风电并网技术

风电并网技术需要在风电机组的电压幅值、频率、相位上与电网的电压保持一致。随着风力发电能力的逐步提高，风电系统在并网过程中受到的影响也日益严重。在电网发生重大冲击时，不仅会使电网的电压降低，而且会对机组、机组、叶片、增速器等设备产生损伤。若电网的冲击时间过长，有可能导致电网崩溃，危及其它挂网设备的安全，因此，要采取适当的技术措施。

1.1同步风电机组并网技术

同步发电机在运行期间既能产生有功，也能产生无功，周波稳定，电能品质好，因此在电网中得到了广泛应用。如何将这种技术与风电机组的并网技术相结合，是目前需要解决的问题。在大多数情况下，由于风速不稳定，转子的转矩非常不稳定，使其在并网时的速度特性无法满足同步发电机的要求，若在并网后没有得到有效的控制，尤其是在负荷较大的情况下，很容易出现无功振荡和失步现象，因此，近年来国内外风电机组都很少使用这种同步发电机。近年来，随着电力电子技术的飞速发展，这种问题可以通过技术手段得到解决，例如将同步发电机和电网连接起来，就是一种行之有效的方法。

1.2型异步风电机组的并网技术

同期风电机组的并网技术比较，在其运行中，异步风电机组依靠转差率进行负载调节，因此对速度的控制要求不高，无需同步装置，无需整步运转，只需在转速达到同步速度时，即可实现并网。采用异步发电机的风电机组最大的优势在于该技术的控制设备相对简单，在并网后不会出现无振、失步等问题，工作稳定、可靠；然而，在并网技术的应用中存在着很多问题，例如：直接并网将会产生较大的冲击电流，从而使电网电压降低，从而影响电网的安全运行；系统自身不存在无功，必须进行无功补偿；过高的系统电压会导致其磁路饱和、无功激励电流大幅度增大、定子电流过载、功率因数大幅度降低；如果系统的频率太高，则会引起发电机的同步速度升高，从而导致发电机由发电转为电动，系统的不稳频率会急剧降低，从而引起发电机的过载，因此，要加强对异步发电机的监控，并采取相应的措施。

2.风电并网对电网品质的影响

2.1谐波效应：风电并网时，谐波较多，对电网的整体性能有较大的影响。当风能供电后，在使用时，经常会产生谐波。当电网中出现了大量的谐波时，会使整个电网的电力品质大为下降。目前，风电并网多采用软并网技术，但这种技术在并网过程中会产生过大的冲击电流，如果出流速度低于外部风速，则会导致风机脱离正常运行，对电力系统的供电质量产生很大的影响。

2.2电压波及闪变效应随风力发电能力的不断提高，在并网时会对电网的电压产生一定的影响，从而产生电压的波动和闪变。如果在并网时，由于各节点与配电变压器的间距过短，那么风电进入电网后所造成的电压闪变对电网的影响不大，但会对电网的电流造成很大的影响，对电力系统的供电设施造成损害。另外，风电接入后，电网电压也会大幅增加，尤其是目前风电行业普遍采用的异步电动机，在发电机运行时，由于建立旋转磁场需要消耗大量的无功能量，从而对电网电压产生一定的影响，从而使电网的压降增加。

3.风电并网对电力品质的影响

随着风电机组规模的增大，对电网的电力品质产生了较大的影响。由于风电场的非稳定性以及其自身的工作特点，使得其输出功率不稳定，从而对电力系统的供电质量产生一定的影响。目前大部分风电机组都是采用软并网，但其启动过程中仍有大量的冲击电流。在风速大于出口速度的情况下，风机将在额定功率条件下自动脱离运转。如果所有的风机都在同一时间工作，那么在这样的情况下，势必会对电力系统产生巨大的影响。另外，风速和风扇的影子都会影响到风扇的输出功率，而输出功率的波动恰好在25 Hz以下（25 Hz以下），因此，风机在正常工作的情况下，也会对电网造成故障。

4.电能品质控制策略解析

4.1谐波抑制

静态无功补偿器（SVC）是一种集多个可投切电容器、电抗器和谐波滤波器构成的设备，其最大的优点在于其响应迅速，可以实时追踪变化的无功功率，并能有效地调整因风速不稳定造成的电压波动，从而过滤掉谐波，改善电力品质。

4.2抑制电压起伏及闪烁现象

为了有效地抑制闪变，必须在负载电流剧烈波动时，及时地对产生的负载电流进行补偿，从而实现对负载电流的实时补偿；同时，该有源滤波器是一种可关闭的电子元件，它可以代替系统的供电，将畸变电流输出到负载，从而保证了系统只将正弦的基波电流提供给负载。有源滤波器响应快，电压波动大，补偿率高，补偿能力低，工作稳定，控制性能好，电压波动稳定，电压稳定。它可以在毫秒级内将电压输入到系统中，通过这种实时补偿方法，可以有效地消除系统中的电压波动给用户带来的冲击。目前，动态电压恢复器是目前解决电压波动、谐波等最有效的解决方案。将功率品质控制器与其它补偿设备相结合。电压、电流质量问题的统一补偿要求采用集成型补偿设备，要达到统一补偿，必须将其串联和并联补偿设备相结合。这种补偿设备包含了串联和并联的存储单元，实现了对电网进行综合的功率补偿；另外，它还可以解决很多电力品质问题。

4.3加强风电并网管理

风电并网过程中，相关部门要建立风电信息的统计与分析体系，包括风电设计规划、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，有关部门要加强对风电接入系统工程的管理，保证其在电网中的安全运行，也就是说，要严格按照有关的技术规范和标准对其进行有效的管理。如果风力发电站的建设规模很大，那么在正式开工之前，必须做好风电场的引入和送出的准备工作；对于已批准的风力发电工程，要切实做好全年计划的管理；应加强对并网的管理。

4.4机组的最佳化设计

在风能发电中，有关部门要注重各个环节之间的科学衔接，并严格控制有关设备的使用效率，选择风能机组时，要尽可能选用体积小、功率大的风能机组，这样才能保证在实际施工中，风能的运输、安全、以及风电场的投资。在此基础上，要注意改善叶轮的捕风能力和风能转换效率，从而使整个装置的稳定性得到明显的提高，从而大幅度地提高风力发电的效率。

4.结束语：

总而言之，风电并网技术是一项新的发电技术，如果能够将其有效地运用于风电机组，将为中国风电系统提供可靠的供电服务。但是，在实际应用中，谐波、电压波、闪变等都会对其产生一定的影响，因此有关部门要对其进行深入的分析和研究，并采取相应的对策，才能使风电并网技术的优势得以充分发挥。

参考文献：

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