風力發電并網技術與電能質量控制

謝鵬

摘 要：該文從同步、異步風力發電機組并網技術兩方面簡要介紹了風力發電并網技術，并分析了其對電能質量的影響。同時提出抑制諧波以及電壓波動與閃變兩種方法，對電能質量進行控制。以期使企業可以更為熟練地應用風力發電并網技術，并強化企業對電能質量的控制。

關鍵詞：風力發電 并網技術 電能質量控制

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（a）-0041-02

風力發電是我國電能的主要來源之一。如今，風力發電廠的容量不斷增加，開始對電網系統整體造成一定影響。由于風力發電廠往往處于人口數量較少的區域，并不位于供電網絡的中心區域，故而不會承受大量的沖擊力。因此，風力發電可能會使配電網出現諧波污染或是閃變等問題。且風力發電的隨機性也會導致發電過程受到影響。因此，風力發電并網技術的應用便成為各企業關注的熱點，如何控制電能質量也成為各企業關注的問題。

1 風力發電并網技術簡介

1.1 同步風力發電機組并網技術

風力發電并網技術的選用極為重要，該技術需要發電機所輸出的電壓頻率、幅值及相位方面都同電網系統的電壓保持一致。若風力發電機機組整體容量不斷上升，風力發電在并網過程中針對電網所產生的沖擊力也會相應增加。若并網沖擊力過大，不僅會使得電力系統的電壓值有所下降，同時也會導致發電機、塔架以及機械部分形成一定的磨損。若是并網沖擊時間過長，甚至會導致系統被瓦解，其他掛網機組的運行也會受到不同程度的影響。故而，企業應選用合適的并網技術。

同步發電機在實際工作時，不僅能夠輸出有功功率，同時也可形成無功功率，確保周波穩定，所形成的電能質量較高，故而被大部分企業應用于電力系統當中。然而在實際應用過程中，由于風速難以控制，使得轉子的轉矩難以保持穩定運行，并網過程中，轉矩調速性能難以符合同步發電機所需要的精度，若實現并網之后，工作人員未對其進行控制，尤其處于重載狀態下，則有幾率出現無功振蕩或是失步等問題。這也成為阻礙同步風力發電機組并網技術應用的主要障礙。如今，電力電子技術日趨完善，部分企業可借助技術以避免上述問題的產生，如將變頻裝置安設于電機與電網之中。

1.2 異步風力發電機組并網技術

相比同步風力發電機組并網技術，異步風力發電在實際工作當中，并不需要機組調速具有較高的精度，也無需與設備保持同步或是整步操作，只需轉速與同步轉速基本相同，便可實施并網。因為異步風力發電機只需依靠轉差率，便能完成對負荷的調節。風力發電機組搭配異步發電機使用的最大優勢在于該搭配無需復雜的控制裝置。實現并網之后，也不會形成無振蕩或是失步等問題，運行較為穩定，可靠性強。然而，該技術同樣存在一定缺陷：第一，如工作人員直接進行并網操作，容易形成大沖擊電流，進而令電壓逐漸下降，對系統的穩定運行造成不利影響。第二，系統自身無法形成無功功率，因此需要工作人員補償一定無功功率。第三，不穩定系統頻率值超過上限，使得同步轉速也相應加快，進而導致異步發電機自發電狀態轉化為電動狀態。倘若不穩定系統頻率值下降，也會令異步發電機電流大幅增加，從而形成過載現象。因此，若企業選用異步風力發電機組并網技術，需有工作人員采取一定措施確保異步風力發電機組處于穩定運行的狀態。

2 風力發電并網技術對電能質量的影響

由于近些年來風力發電機組并網的應用規模不斷擴大，其對電能質量的影響也隨之增加，其中，部分影響并不利于電網電能質量的提高。較為常見的問題便是電壓波動以及閃變。電壓風力資源本身具備不穩定性，加之風力發電機組自身運行特點，導致風力發電機組自身輸出功率難以穩定，進而對電網電能質量造成不利影響。如今，風力發電機組往往使用軟并網方式實現并網，但在設備啟動過程中依舊會形成沖擊電流，且電流值較大。若切出風速低于風速，則處于出力工作狀態下的風機會自動停止運行。不僅如此，風速難以控制與風機所形成的塔影效應也會對風機處理造成影響，使得風機出力出現波動現象，且波動值處于可以形成電壓閃變的范圍當中。故而，即使風機正常運行，也會令電網出現閃變現象。

3 控制電能質量的具體策略

3.1 抑制諧波

工作人員可通過抑制諧波的方式完成對電能質量的控制，即將靜止無功補償設備添加于系統當中。靜止無功補償設備中包含有電抗器、可投切電容器等多個裝置，該設備最主要的優勢在于其反應速度較快，能夠及時確認無功功率是否出現變化，并適時跟蹤處于變化狀態的無功功率。針對由風速不穩定引發的電壓起伏現象，該設備也可以對電壓進行有效調節，進而消除諧波，確保電網電能質量不會受到風力發電機組運行的影響。

3.2 抑制電壓波動以及閃變

第一，將有源電力濾波設備添加于系統當中。實際工作當中，工作人員若要避免電壓發生閃變現象。便需要在發生負荷電流出現劇烈波動時，及時補償由于負荷變化所形成的無功電流，令其可以及時補償負荷電流。不僅如此，因為有源電力濾波設備所使用的電子零件為可關斷電子設備，所以，工作人員可以使用電子控制設備替換系統電源，并將畸變電流傳輸至電壓負荷，借此確保系統將正弦基波電流只提供給負荷。有源電力濾波設備具備如下優點：其一，反應速度快，能夠在短時間內響應。其二，所形成的電壓波動范圍大。其三，具有較高的閃變補償率。其四，設備可靠性強，能夠穩定運行。

第二，將動態電壓恢復設備添加于系統當中。若配電網屬于中低壓類型配電網，則有功功率在高速波動過程中，同樣會發生電壓閃變的問題。此時，需要補償裝置的性能更為優秀，不僅需要補償裝置提供無功功率的補償，還需要其補償一定數值的有功功率。由于補償設備自身帶有儲能單元，所以可以有效提高電能整體質量。故而，大部分企業開始利用帶有儲能單元的補償設備替代原有無功補償設備。動態電壓恢復設備自帶儲能單元，可于一定范圍內按常規電壓同故障電壓之間的差額，將電壓輸入系統當中。該類型補償方法能夠及時避免系統形成電壓波動，使得客戶可以正常使用電能。就目前而言，于系統當中添加動態電壓恢復設備是解決諧波以及電壓波動等電能質量問題最為有效的方式。除此以外，工作人員還需對電能質量控制設備與其余補償設備進行統一。若要使統一補償得以實現，需在系統當中添加綜合類補償設備。工作人員可將電能質量控制設備進行統一，并將其串聯補償設備與并聯補償設備有機結合。如此一來，補償設備當中既包含有儲能單元的串聯組合，也包含有儲能單元的并聯組合，不僅可以將其添加于配電系統當中，使其發揮補償諧波的作用，同時也可以有效提高電能質量。

4 結語

電力電子技術的發展較為成熟，企業使用電力電子技術對風電機組進行控制以及改善電能整體質量，對我國電能的發展具有極為重要的意義。然而，風力發電并網技術的應用尚存在部分問題，導致風力發電無法廣泛運用于各發電企業。作為發電企業，應加大對風能的研究力度，積極提高風力發電設備的工作效率，避免風力發電并網過程中形成沖擊電流以及諧波，從而提升我國風力發電水平，為我國提供更為豐富的電力能源。

參考文獻

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