风力发电并网技术及电能质量控制研究

李洪权

摘 要：发电技术主要涉及到风力发电技术、水力发电技术等，其中风力发电属于现阶段应用最为广泛的一种发电技术。当前中国风力发电厂建设数量和规模不断扩大，对中国整体电网技术系统产生了更大的影响，一般风力发电厂都建在人烟稀少的区域，这就使得风力发电极易受到区域内各种自然因素的影响，而在很大程度上制约着中国风力发电的发展。基于此，相关部门必须强化对风力发电并网技术的分析与探究，对电能的具体传输质量进行科学合理的控制，从而更好地推动风力发电的发展进步。

关键词：风力发电;并网;电能;质量控制

引言

风力发电具有不可比拟的优势，高效践行环境保护战略，加快风力资源的开发，并推动风力发电的快速发展。风力发电厂电容量不断扩增的情况下，对电网系统产生影响，且使得电能质量受到不同程度的影响。导致电能质量受到影响的主要因素为风电机组输出功率不稳定，而造成上述现象的主要原因在于风力资源的不确定性和风电机组的运行特点。现阶段，我国风力发电机组并网运行模式主要为软并网模式，其在启动时会产生较大的冲击电流，对电网系统的稳定运行产生不利影响，进而影响电能质量。基于此，应梳理风力发电并网技术，着重分析电能质量控制策略。

1风电并网对电网质量的影响

1.1谐波影响

在风力发电并网时，往往会出现很多谐波，这就在很大程度上影响了整个电网的运行情况，具体体现为：①并网过程存在的逆变器会产生谐波;②待将风力电源接通以后，在运行过程中往往会出现谐波。当电网系统中进入了谐波后，这就大大降低整个电网结构的电能质量。同时，当下风力发电并網主要采用软并网技术，但该技术的使用会使整个并网过程中出现过大的冲击电流，一旦切出风速小于外界风速，将会造成风机脱离额定处理状态，并严重影响到电网电能质量。

1.2电压波和闪变影响

随着风电容量持续增加，在并网过程中极易影响到电网电压，形成电压波动和闪变。若风力发电并网过程中，连接处与配电变压器之间的间隔距离太小，风电接入电网后形成的电压闪变并不会产生较大的影响，但会大大影响到电网电流，从而损坏到发电的用电设备。同时，当接入风力发电后，会在很大程度上增大电网电压，特别是当下风力发电应用普遍选择异步电机，在发电机运行过程中，建立旋转磁场往往会耗费大量的无功功率，这就影响到电网电压，导致电网线路上的压降增大。

2风力发电并网技术

我国现阶段风力发电并网技术主要分为2 种类型，一种为同步风电机组并网技术，另一种为异步风电机组并网技术，无论是哪种风力发电并网技术，均可以完成电能的供应及有效输出。

2.1同步发电机组并网技术

同步发电机组并网技术的实际工作状态能够在形成无功功率的同时实现有功功率的输出，其周波较为稳定，所产生的电能质量较高，确保终端用电设备的正常运转，被广泛地运用在电力系统中。但其具有一些弊端，即无法有效控制风速，使得运行转子转矩无法保持稳定运行，并对电力系统产生较大的冲击，降低设备的使用寿命。同步发电机组并网技术在电力系统实际应用期间，其常常出现运行所需精度与转子转矩之间不符的问题，降低了电能质量，难以保障最终形成的电压与电网电压保持一致。另外，若电力系统工作人员在进行并网过程中无法高效控制该技术，极易出现失步或者无功振荡等问题，影响电能质量。为了扩大同步发电机组并网技术的运用范围，应借助在电机与电网间安置变频装置技术实现，加快同步发电机组并网技术的应用速度。

2.2 异步发电机组并网技术

异步发电机组并网技术主要是由异步风力发电机、风力发电机所构成，通过有机融合这两部分，就无需要求异步风力发电机具有较高的精确度，仅要求发电机的转动速度和同步转速之间的差别较小即可。同时，异步风力发电机中涉及到的控制装置并不复杂，在完成并网后，能够显著提升该发动机的运行质量。而异步风力发电机组并网在具体实践中，往往会出现一些问题，例如，产生过大的冲击电流，减小电力系统中的电压值，引发运行安全隐患;电力系统会产生无功补偿与磁路饱和，这就在一定程度上增加无功激磁电流，减小低电力系统功率值。针对上述问题，相关部门必须切实做好电力系统的监督工作，加大对各种问题的预防力度，以此来确保异步风力发电机组并网运行的有效性。同时，在异步风力发电机运行过程中，并不要求其调速具备较高的精准度，因此无需安装同步设施和进行整步操作，仅需确保同步转速和转速统一即可，但注意不可存在过大的差距。当异步风力发电机与风力发电机相结合以后，其控制装置相对比较简单，且异步风力发电机组并网后，也不会产生无功振荡或是失步问题，这就有效保障了电力系统运行的可靠性与安全性。然而也会存在一些问题，即两个发电机直接完成并网，往往会出现冲击电流，减少电压值，在极大程度上影响到电力系统的稳定运行，因此相关部门必须强化电力系统的监督工作，做好相应的预防工作。

3 风力发电的电能质量控制策略

3.1 有效抑制谐波

在风力电网并网的具体落实中，需要科学运用静止无功补偿器来抑制谐波的危险，以此有效提高整体电能的质量控制效果。关于静止无功补偿器，其具有极快的反应速度，可全过程跟踪不断变化的无功功率，并对因风速不稳定而造成的电压变化等问题进行科学调节，从而对谐波进行有效滤除，保障整个电网运行的安全性与可靠性。

3.2 有效控制闪变和电压波动

在对风力发电进行电能质量控制的过程中，需要注意电网系统中电压闪变所造成的负面影响，可以通过观察负荷电流波动情况来提前做好预防。工作人员根据电流的急剧变化，运用无功电流补偿措施，尽可能降低电压闪变所造成的负面影响，也可以使用有源电力滤波器对电流急剧波动变化进行干预。使用有源电力滤波器最明显的功能价值在于反应迅速、能力突出，能够适应各种类型的风力发电系统，而且可以在风力发电运行的过程中，可以维持整个电网系统的稳定性，使电网系统保持更好的控制效果，实现积极应对电压闪变问题的目的。如果风力发电系统中出现有功功率之中极速波动情况，会导致风力发电系统内出现电压闪变问题。在这样的问题状态下，针对补偿装置进行无功功率补偿能够发挥出良好的质量控制效果，必要的情况下，可以再针对有功功率进行适当的补偿。使用动态电压恢复器通过利用动态电压恢复器中的储能单元功能，将在更短的时间内向整个电网系统内输入电压，这样便可以提高缓解电压波动问题的效率。目前动态电压恢复器已经在风力发电行业内得到了广泛的普及，是当前风力发电电能质量控制过程中最为有效的手段和途径之一。但是无论是遇到怎样的电压闪变状况，都需要及时进行无功综合控制试验以及快速响应试验，通过提高工作的效率，来确定无功补偿控制策略，可以更好地满足解决问题的需求，实现最大功能价值的发挥。在进行试验的过程中，也需要针对SVG装置进行检测，要确保SVG装置能够保持安全稳定的运行状态。

3.3 强化并网管理

在风力电网并网工作中，相关部门需要构建风电信息统计分析系统，其中涉及到风电设计规划、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，相关部门应强化风电接入系统工程管理，确保风电并网送出，即严格根据相关规范和标准来有效管理风电接入系统。若风电基地项目的建设规模较大，应在正式建设前做好风场接入系统与送出工程准备工作;针对地方核准的风电建设项目，应切实做好年度计划管理;需高度重视风电并网管理工作，结合自身实际情况来制定科学合理的并网检测等配套标准和要求，构建强制性入网认证与并网检测制度;还需不断提升自身的风电并网检测能力，根据自身的经济水平来尽量配备足够的测试设备，组建一支高素质的专业测试人才队伍，以此来确保大规模并网检测工作能够顺利开展。此外，相关部门应强化风电运行管理，积极完善风电功率预测功能，尽快构建风电调度计划管理体系及申报考核体制，从而显著提升并网管理质量。

3.4设置控制器

风力发电所使用的风能是可再生的绿色资源，所以随着我国不断推进可持续发展理念，使得我国风力发电已经成为国家目前最为重要的扶持项目之一;风力发电厂在建设规模上得到了进一步的拓展，电力事业也凭借风力发电厂的建设迎来了全新的发展格局，而对于风力发电进行质量控制则需要根据风能的特殊性，坚持一切从实际出发的角度，采取有效的质量保障措施，既要保障风力发电的稳定性，也要不断提高风力发电的高效率性。在对风力发电进行质量控制时，必须要使用到相应的控制器，主要针对电能质量进行控制与管理，同时也需要对电压进行适当的补偿，电流要根据实际情况制定出补偿预案。结合这些需求，在进行风力发电场施工建设时，需要设计出综合型的补偿机制以及综合类型的运行管理设备。行业内最为典型的补偿性装置便是统一电能质量方面的设备，这一类装置能够对不同的串联或并联效果进行融合配置，因此便可以实现良好的补偿目的，满足用户不同的供电需求。另一方面，具有统一电能功能的控制器往往技术更为先进，能力更为突出，所以在使用的过程中，我们可以采取谐波补偿的方式，能够进一步提高风力发电的质量。

3.5 加大对故障的诊断力度

在风电并网工作中，相关部门应注重提高有关工作人员的综合素质和业务能力，通过定期组织相关人员进行专业的技术培训和教育，使之能够充分掌握风电并网中相关设备设施的结构、故障诊断方法、损失维修方法、日常维护措施等，还需加大先进技术的普及力度，要求相关人员及时掌握无人机风机自动巡航技术、智能识别与检测报告自动化出具技术等，以此来有效提升相关人员的整体素质，为人们提供更加高质量的风电服务。

結束语

在当前的物质生活水平状态下，人们对于电能的依赖性会越来越强，将导致用电量的需求不断增加。为了更好地迎合我国可持续发展战略要求，未来风力发电规模会得到更进一步的推进，而这其中风力发电并网技术所存在的各类问题将成为风力发电规模扩大化进程中的绊脚石，值得业界人士给予充分的重视。要根据目前的技术水平以及问题原因，通过采取设置控制器进行谐波控制以及抑制电压波动与闪变等措施来保障风力发电的质量，推动风力发电并网技术不断优化升级，为国家电力行业发展做出努力。

参考文献：

[1]夏祥武，田梦瑶.风电并网一次调频控制性能研究[J].电气传动，2021，51 （05）：70-75.

[2]林涛.风力发电并网技术与电能质量控制要点探讨[J].产业与科技论坛，2021，20（05）：33-34.

[3]陈美仕.新能源发电并网对电网电能质量的影响研究[J].河南科技，2021，40（04）：128-130.

[4]王栋，孙晓东.三相故障时双馈风力发电机并网稳定性的改进[J].电子测试，2021（03）：107-108+100.

[5]张小雷.风力发电和光伏发电并网问题研究[J].中国设备工程，2021（01）： 206-208.

[6]张政. 分布式发电并网逆变器的关键控制技术研究[D].河北科技大学，2020.

[7]李琼林，张博，刘云博，陶顺，徐永海.风力发电超高次谐波发射特性分析[J].电力电容器与无功补偿，2020，41（05）：171-179.

[8]李作栋，邓文华.基于风光互补发电技术的船舶微电网建模[J].电气开关，2020，58（05）：67-74.