探究風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制措施

張玉林

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)錫林郭勒風(fēng)電開(kāi)發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特026000）

1 引言

風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電形式，較燃煤發(fā)電更為綠色環(huán)保，應(yīng)得到大力推廣。但是，我國(guó)目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相較于德國(guó)等風(fēng)力發(fā)電強(qiáng)國(guó)還有很大的差距，在風(fēng)電并網(wǎng)方面會(huì)因?yàn)橹C波而降低系統(tǒng)容量，并使設(shè)備加速老化，甚至影響發(fā)電安全。另外，還會(huì)產(chǎn)生并網(wǎng)閃變問(wèn)題，導(dǎo)致終端用電設(shè)備發(fā)生異常甚至損壞電器。目前，只有解決諧波和閃變并網(wǎng)問(wèn)題，同時(shí)，加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰能力、和智能電網(wǎng)建設(shè)并提高電能消納水平，才能確保風(fēng)力發(fā)電得到充分利用，發(fā)揮綠色能源的作用。

2 風(fēng)電并網(wǎng)的必要性

傳統(tǒng)的發(fā)電是利用燃煤或燃?xì)馊紵篃崮苻D(zhuǎn)化為動(dòng)能，然后轉(zhuǎn)化為電能，會(huì)形成大量的氮氧化合物和碳氧化合物，對(duì)環(huán)境造成不利影響，而且處理發(fā)電帶來(lái)的二次污染費(fèi)用十分高昂。而風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能、水能發(fā)電一樣，都屬于綠色自然能發(fā)電范疇，清潔無(wú)污染，對(duì)我國(guó)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有促進(jìn)作用。另外，我國(guó)風(fēng)能資源豐富，具有風(fēng)能發(fā)電的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，而且近些年來(lái)風(fēng)能發(fā)電量迅猛增加，為我國(guó)工業(yè)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。在我國(guó)的發(fā)展規(guī)劃中，2020 年要實(shí)現(xiàn)20GW 的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)。風(fēng)力發(fā)電的一種形式是離網(wǎng)型，即自行成網(wǎng)，不接入電網(wǎng)系統(tǒng)，和水利發(fā)電相結(jié)合能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電需求。但是，離網(wǎng)型風(fēng)電形式?jīng)]有充分發(fā)揮出風(fēng)電的巨大優(yōu)勢(shì)，故此風(fēng)電并網(wǎng)成為一種趨勢(shì)。因?yàn)槌谁h(huán)保優(yōu)勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電占地少，建設(shè)工期短，而且最主要的是可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)管理。再者，并網(wǎng)之后，風(fēng)力發(fā)電廠可以獲得電網(wǎng)補(bǔ)償和支撐，從而進(jìn)一步提高風(fēng)能利用水平，以提高潔凈能的利用價(jià)值。

3 2 種風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的分析

3.1 同步發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

因?yàn)橥桨l(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子帶有磁極，節(jié)省了勵(lì)磁電能，故發(fā)電效率更高。而且其工作中可以輸出有源電力，可以向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，從而使終端用電設(shè)備得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，等同于提高了電網(wǎng)的可靠性。但是，風(fēng)能具有不可調(diào)控性，在我國(guó)一些地區(qū)，春秋季風(fēng)量大，可以產(chǎn)生大量電能，風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)形成強(qiáng)烈沖擊，降低電力系統(tǒng)電壓值，使發(fā)電機(jī)等形成磨損，降低設(shè)備的使用壽命。另外，這種并網(wǎng)技術(shù)因?yàn)轱L(fēng)速的不可調(diào)控性，不同等級(jí)的風(fēng)之間的轉(zhuǎn)換使轉(zhuǎn)子扭矩失去穩(wěn)定，最終使電壓頻率、振幅和相位輸出不能和電網(wǎng)系統(tǒng)電壓保持一致。具體的解決辦法是在風(fēng)力發(fā)電廠和電網(wǎng)之間安裝頻率轉(zhuǎn)換器[1]。

3.2 異步發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

異步發(fā)電機(jī)組和同步發(fā)電機(jī)組相比，其因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)通過(guò)傳輸效率調(diào)整負(fù)載，故不需要精確的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)電壓匹配，只要和同步發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速基本一致即可。故此，其沒(méi)有十分龐雜的控制設(shè)備，而且并網(wǎng)以后與同步發(fā)電機(jī)組相比，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊小，而且能夠保持較為穩(wěn)定的電壓，會(huì)有效抑制震蕩和步進(jìn)。但是當(dāng)人工操作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電壓改變，從而使整個(gè)系統(tǒng)電壓值發(fā)生改變。另外，其不能提供無(wú)功功率，會(huì)導(dǎo)致終端用電客戶用電體驗(yàn)，造成電器設(shè)備損壞，因此，需要進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。

4 風(fēng)電并網(wǎng)供電可靠性影響因素以及解決方案

4.1 諧波影響

風(fēng)力發(fā)電的諧波主要是因?yàn)轱L(fēng)速不穩(wěn)定引起電壓變動(dòng)而形成，電壓時(shí)高時(shí)低必然會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)形成壓力，導(dǎo)致電網(wǎng)老化，增加電網(wǎng)供電不可靠性。要緩解諧波，可利用諧波濾波器予以處理，或者在系統(tǒng)中加入靜止無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備，其根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電力電壓形成有效調(diào)節(jié)，從而確保電網(wǎng)的可靠性。

4.2 閃變影響

閃變帶來(lái)的危害是導(dǎo)致終端用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常，使人們對(duì)發(fā)電工作存在異議。發(fā)電機(jī)組電壓波動(dòng)是其產(chǎn)生的根本原因，故此，可以將動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)設(shè)備植入發(fā)電系統(tǒng)中，其可以補(bǔ)償無(wú)功功率，也能補(bǔ)償有功功率，而且該設(shè)備本身可以儲(chǔ)藏電能，故此可以保證電網(wǎng)整體供電的可靠性。

總而言之，對(duì)于諧波和閃變，需要管理人員能夠綜合利用系統(tǒng)中的補(bǔ)償設(shè)備、電能質(zhì)量控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元串聯(lián)組合和并聯(lián)組合，使整個(gè)供電系統(tǒng)得到諧波補(bǔ)償確保整個(gè)電網(wǎng)可靠性。

5 其他建議

5.1 提高電能消納水平

電網(wǎng)供電可靠性和電能消納水平有直接關(guān)聯(lián)。在現(xiàn)如今沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全國(guó)電網(wǎng)智能聯(lián)網(wǎng)的情況下，若地方發(fā)電量超過(guò)用電量，會(huì)造成窩電現(xiàn)象，而窩電會(huì)阻礙風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)，因?yàn)楸旧砣济喊l(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電已經(jīng)足夠本地電能消費(fèi)，自然無(wú)須風(fēng)力發(fā)電，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備擱置，造成社會(huì)資源浪費(fèi)。提高電能消納水平，應(yīng)鼓勵(lì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)過(guò)程中提高電能利用水平，但是因?yàn)殡娔苁怯袃斚M(fèi)，價(jià)格影響之下會(huì)抑制消費(fèi)能力，需要考慮當(dāng)?shù)氐木唧w情況，再調(diào)整價(jià)格。這就需要市場(chǎng)機(jī)制充分地進(jìn)入電力市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)靈活的消費(fèi)機(jī)制，刺激當(dāng)?shù)仉娔芟摹Ｖ挥腥绱耍拍苁巩?dāng)?shù)仫L(fēng)力發(fā)電融入電網(wǎng)中，提高潔能發(fā)電使用率，改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境水平[2]。

5.2 改善電網(wǎng)調(diào)峰能力

每個(gè)地區(qū)的用電水平不同，而且同一個(gè)地區(qū)的用電水平也會(huì)因?yàn)榧竟?jié)不同而發(fā)生差異，這需要電網(wǎng)具有靈活的調(diào)峰能力。而調(diào)峰機(jī)制中能否順暢地接入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組緩解火電供給不足，成為現(xiàn)階段阻礙風(fēng)電并網(wǎng)的一個(gè)因素。縱觀我國(guó)現(xiàn)階段電網(wǎng)調(diào)峰能力，與德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的距離。風(fēng)力發(fā)電反調(diào)峰作用具體指的是其功率輸出是不確定的，主要是受風(fēng)力以及季節(jié)影響非常明顯。所以，必須建立智能化系統(tǒng)對(duì)用電峰值進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并結(jié)合風(fēng)力發(fā)電具體參數(shù)，使風(fēng)電和電網(wǎng)形成動(dòng)態(tài)匹配，這才是確保風(fēng)電并網(wǎng)供電質(zhì)量可靠性的有效手段。

5.3 推進(jìn)電網(wǎng)智能化進(jìn)程

風(fēng)電并網(wǎng)后，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)形成沖擊，或者說(shuō)電網(wǎng)發(fā)生故障后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組會(huì)向系統(tǒng)故障點(diǎn)提供短路電流。若在電網(wǎng)設(shè)計(jì)中不考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組影響，容易導(dǎo)致其作用于系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置使其發(fā)生誤動(dòng)，從而影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。另外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組融入電網(wǎng)后，產(chǎn)生的諧波和閃變帶來(lái)的負(fù)面影響也很顯著。因此，在電網(wǎng)中融入智能化設(shè)備，可以使風(fēng)電系統(tǒng)更穩(wěn)健，是確保風(fēng)電并網(wǎng)更加順暢的關(guān)鍵。智能化電網(wǎng)建設(shè)已成為我國(guó)電力發(fā)展的必然之路，而且智能化電網(wǎng)建設(shè)對(duì)“窩電”具有很好的轉(zhuǎn)移作用，從而可以使新疆和內(nèi)蒙古等地區(qū)的風(fēng)能電力轉(zhuǎn)移到湖南等電力需求較大地區(qū)，如此間接促進(jìn)不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)的協(xié)同發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電并網(wǎng)是必然趨勢(shì)，是我國(guó)綠色可持續(xù)發(fā)展的根本保證。其中，關(guān)鍵點(diǎn)是如何降低風(fēng)力發(fā)電具有的諧波、閃變現(xiàn)象，使其具有的反調(diào)峰特性降低。而最終的指向都是智能電網(wǎng)建設(shè)，因?yàn)槠鋸奈⒂^上可以確保風(fēng)電并網(wǎng)更加順利，宏觀上可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)緩解窩電，使風(fēng)電電能迅速支援缺電地區(qū)，從而增加了潔能發(fā)電價(jià)值和效率。