風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制措施探討

董云波

摘要：風(fēng)能是一種清潔可再生能源，在我國(guó)電力事業(yè)中的地位日益提高，因此，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)成為新能源發(fā)電重要的發(fā)展趨勢(shì)之一。為提高風(fēng)力能源的利用效率，必須要采取有效措施，提升風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)水平，加強(qiáng)電能質(zhì)量的有效控制。本文對(duì)風(fēng)力發(fā)電及其并網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)行了分析，并探討了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量影響及控制措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；并網(wǎng)；電能質(zhì)量；控制措施

引言

從目前我國(guó)的實(shí)際國(guó)情來(lái)看，通過(guò)風(fēng)和太陽(yáng)能來(lái)進(jìn)行新能源發(fā)電的項(xiàng)目越來(lái)越多，設(shè)備也越來(lái)越完善。相比于前幾年，這些設(shè)施的數(shù)量有了明顯的增長(zhǎng)。通過(guò)這一系列的現(xiàn)象都可以知道，新能源在我國(guó)的發(fā)展前景是非常可觀的，但是在急速發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中卻存在必然產(chǎn)生的問(wèn)題。以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)力發(fā)電沒(méi)有任何污染，成本較低，但是風(fēng)力發(fā)電廠常常處于比較偏遠(yuǎn)的環(huán)境，受到各種不確定因素的影響，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生諧波污染、電壓波動(dòng)等影響，因此風(fēng)力發(fā)電具有一定的不穩(wěn)定性和波動(dòng)性。在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的并網(wǎng)技術(shù)，并積極采取措施，做好電能質(zhì)量控制。

1風(fēng)力發(fā)電及其并網(wǎng)技術(shù)

1.1風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括風(fēng)力機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、功率變換器、測(cè)量與控制系統(tǒng)等幾大部分，如圖1所示。風(fēng)力發(fā)電的基本原理是：風(fēng)力機(jī)中的風(fēng)輪能夠采集和吸收風(fēng)力能源，在這個(gè)過(guò)程中外界風(fēng)力作用在槳葉上具有一定的功角和速度，從而使得槳葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。之后，通過(guò)永磁同步發(fā)電機(jī)將這部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)輸出的電能還需要電力電子變化器才能夠輸入到并聯(lián)的電力網(wǎng)絡(luò)中，從而為主電力系統(tǒng)提供輔助電能。

1.2風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并入到電網(wǎng)系統(tǒng)中，常見(jiàn)的方式包括以下兩種：

1.2.1同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)的結(jié)合。在運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的同時(shí)，不僅能夠有效地輸出有功功率，而且可以給發(fā)電機(jī)組提供無(wú)功功率，并確保周波的穩(wěn)定性，極大程度上提升電能的質(zhì)量，所以在我國(guó)的電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用功能較多。通常情況下，風(fēng)速的波動(dòng)較為明顯，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)出較大幅度的波動(dòng)，無(wú)法達(dá)到發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)調(diào)速的精度。如果將風(fēng)力發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)融合之后未充分考慮這些隱患，特別是載荷較大的情況下，很可能使整個(gè)電力系統(tǒng)出現(xiàn)失步現(xiàn)象或無(wú)功振蕩。因此，在同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)中必須要綜合考慮這些問(wèn)題，可以采取在同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間安裝變頻器等措施，避免電力系統(tǒng)無(wú)功振蕩或失步問(wèn)題，進(jìn)而提升同步風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)水平。

1.2.2異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)主要根據(jù)轉(zhuǎn)差率的基本原理，對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相近時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與配電網(wǎng)的并網(wǎng)。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)與同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)相比，不需要高精度的機(jī)組調(diào)速在實(shí)際工作中，不需要保持同步或是整步操作與設(shè)備，基本保持轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相同就可以實(shí)施并網(wǎng)。異步發(fā)電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相搭配具有著不需要復(fù)雜控制裝置的優(yōu)點(diǎn)，這得益于其只需要依靠轉(zhuǎn)差率便可以調(diào)節(jié)負(fù)荷的特點(diǎn)。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后不會(huì)出現(xiàn)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)、無(wú)振蕩的問(wèn)題，其運(yùn)行時(shí)有著較強(qiáng)的可靠性和穩(wěn)定性。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)也有一定的不足，例如，大沖擊電流容易在工作人員直接進(jìn)行并網(wǎng)操作時(shí)產(chǎn)生，導(dǎo)致電壓下降，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行等。

2風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響

2.1引入諧波

隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行規(guī)模的不斷增大，其對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響也不斷增加。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)往往會(huì)引入一系列的諧波，風(fēng)力電源本身會(huì)形成諧波源，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中應(yīng)用到的逆變器也會(huì)產(chǎn)生諧波，這些原因都可能產(chǎn)生較多的諧波引入，從而影響整個(gè)電網(wǎng)的電能質(zhì)量。同時(shí)，大部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)軟并網(wǎng)方式完成并網(wǎng)，在這個(gè)過(guò)程中，容易產(chǎn)生較大的沖擊電流，嚴(yán)重影響并入電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

2.2造成電壓閃變和波動(dòng)

除了諧波能影響風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量之外，電壓閃變和波動(dòng)也是影響電能質(zhì)量的一種重要問(wèn)題。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)連接過(guò)程中，當(dāng)配電變壓器遠(yuǎn)離連接位置時(shí)，饋線周圍的電壓將會(huì)產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)，導(dǎo)致電力設(shè)備的損害，影響其正常工作狀態(tài)。此外，風(fēng)力發(fā)電的接入，引起電網(wǎng)電壓的提升，尤其是目前風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用較多的是異步電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)在構(gòu)建旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的時(shí)候無(wú)功功率會(huì)有所消耗，這些功率分布對(duì)整個(gè)電壓有巨大的影響。此外，風(fēng)力發(fā)電的接入，引起電網(wǎng)電壓的提升，尤其是目前風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用較多的是異步電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)在構(gòu)建旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的時(shí)候無(wú)功功率會(huì)有所消耗，這些功率分布對(duì)整個(gè)電壓有巨大的影響。

3風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)電能質(zhì)量控制策略

3.1有效抑制諧波

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中可以利用靜止無(wú)功補(bǔ)償器對(duì)諧波危害進(jìn)行抑制，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行控制，例如，在系統(tǒng)中添加靜止無(wú)功補(bǔ)償器、電抗器、可投切電容器等靜止無(wú)功補(bǔ)償器。靜止無(wú)功補(bǔ)償器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于響應(yīng)速度較快，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤并網(wǎng)后的無(wú)功功率變化情況，對(duì)風(fēng)速不穩(wěn)定所導(dǎo)致的電壓起伏現(xiàn)象進(jìn)行大幅度調(diào)節(jié)，從而有效消除諧波，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況不影響電網(wǎng)電能質(zhì)量，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2電壓閃變和波動(dòng)的抑制

第一， 應(yīng)用有源電力濾波器，在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，實(shí)時(shí)補(bǔ)償無(wú)功電流，從而有效穩(wěn)定符合電流的波動(dòng)情況，有源電力濾波器的主要構(gòu)造包括電力晶體管和可關(guān)斷晶閘管，大部分屬于可關(guān)斷的電力器件，可以利用電子控制器取代傳統(tǒng)電源作用，通過(guò)發(fā)出畸變電流，從而保障系統(tǒng)為負(fù)荷發(fā)出穩(wěn)定的正弦基波電流，有源電力濾波器不僅響應(yīng)迅速，還能夠快速進(jìn)行電壓閃變補(bǔ)償，從而有效控制電能質(zhì)量，降低電壓波動(dòng)，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性；第二，應(yīng)用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，

可以添加動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)設(shè)備在系統(tǒng)中在中低壓類型配電網(wǎng)的情況下，因?yàn)槠渫瑯訒?huì)發(fā)生電壓閃變問(wèn)題在有功功率高速波動(dòng)過(guò)程中，與此同時(shí)需要更加優(yōu)秀的補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償裝置要在提供無(wú)功功率的同時(shí)能夠補(bǔ)償有功功率，因?yàn)檠a(bǔ)償設(shè)備自身帶有儲(chǔ)能單位，進(jìn)而使得電能質(zhì)量整體得到提升。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著電氣時(shí)代的不斷發(fā)展，電力能源需求只會(huì)越來(lái)越大，傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足這種需求。風(fēng)能是潔凈的可再生可持續(xù)發(fā)展的綠色能源，采用風(fēng)力發(fā)電是受到大力倡導(dǎo)支持的，因此在我國(guó)的電力行業(yè)中占據(jù)的比例也越來(lái)越高。但是風(fēng)力發(fā)電目前存在的一些欠缺之處影響了其普及速度，還需要繼續(xù)發(fā)展與完善。相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)必將能攻克一切技術(shù)難關(guān)，成為發(fā)電事業(yè)的引領(lǐng)者和主力軍。

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