風力發電并網技術及電能質量控制措施探討

康渭濱

摘 要：能源問題是一個全球性問題，而提高能自然源利用率可有效緩解能源短缺問題。在我國大力發展綠色經濟的政策下，風力發電以其清潔無污染、無限可再生等優點被廣泛應用。但是風力發電過程必須加強電能的質量控制，本文淺議了風力發電并網技術及電能質量的控制措施。

關鍵詞：風力發電；并網技術；電能質量

一、風力發電并網技術

（一）同步并網技術

同步發電機組的并網技術并沒有被大規模的應用推廣，主要是因為風力發電并網速度無法與同步發電機組的步調完全一致。同步發電機組是將風力發電動力組與同步發電動力組合理結合，其最理想的狀態是同步發電機組與風力發電機組之間的步調完全一致。但是由于風速具有一定的不確定性，導致發電轉子轉矩出現一定幅度的波動，降低來了發電機組的并網調速精度。若將二者結合起來，需考慮風力作用下的同步發電機組與風力發電機組步調不一致所造成的各種隱患。現階段的處理方法多為在電網和發電之間安裝變頻器，以減小失步的不穩定性和電力系統的無功震蕩。

（二）異步并網技術

異步風力發電機組并網技術主要是借助轉差率實現發電機運行負荷的調整，其具體的調整精度要求并不高，在設備的安裝過程中也沒有同步并網技術繁瑣，并且可以省去整部操作步驟，只要保證兩者的轉子在運轉過程中運轉速速接近即可。同時，異步發電機組也有其不足，如兩者在并網操作過程中很容易產生沖擊電流，若沖擊電流過大，則會導致電網電壓水下降，對整個發電系統的安全運行造成威脅，甚至可能會造成整個風力發電系統的癱瘓。想要從根源上解決異步發電機組的并網問題難度很大，只有加強對異步風力發電機組并網的運轉監管，才是目前最有效的方法。

二、風力發電并網技術對電能質量的影響因素

（一）諧波干擾

在風力發電機組的并網過程中，最容易受一系列諧波因素的影響，諧波的產生主要有以下兩個方面：第一是在風力發電并網過程中涉及到的逆變器產生的諧波。第二是在電源接通后系統自身運行過程中會形成諧波源。而諧波的引入會對電網的電能質量造成不利影響。另外，目前大多數的風力發電并網技術采用軟并網技術完成，而該技術的操作不僅容易產生大量的沖擊電流，而且當切出風速低于外界風速時，風機會從額定出力狀態自動退出運行，打破電網供電的穩定性。

（二）電壓波動

在進行風力發電機組的并網連接中，若連接地址與配電變壓器的位置過近，則此接入工作會對電網產生輕微的電壓波變，而如果連接位置與配電變壓器非常接近時，則會產生較大電流的變化，從而使饋線附近產生較大電壓波動，對電子發電設備造成損害，進而影響電網運行狀態，制約電網的正常供電。除此之外，電網電壓的變化受風電系統有功和無功功率的影響。由于風力發電機組的接入會導致穩態電壓值的上升，當用于發電的電機為異步電機時，發電機在進行旋轉磁場的構建時會消耗大量的無功功率，從而嚴重影響整個電壓情況，而且會使并網風電機組在持續運行中產生電壓波動和閃變。

三、風力發電并網技術對電能質量控制的有效措施

（一）諧波按捺消除

要消減風力發電并網過程中造成的電能質量下降，首先需要從并網技術中的不利因素考慮，而按捺消除諧波是十分重要的手段之一。諧波的消除需要用到特殊的設備，如靜止無功補償器，該設備是由多臺可投切電容器、電抗器和諧波濾波裝置構成，因其反應速度快，反響強烈，并且能夠針對無功變化功率進行實時跟蹤的優點而被廣泛應用。除此之外，該裝置能夠對風速不穩定引起的電壓起伏進行調整，從而更好地消除諧波，整體提升電網的電能供應質量。

（二）控制電壓波動

電壓波動以及閃變嚴重影響電網的供電質量，針對電壓閃變，可采用安裝特殊設備來解決，如有源電力濾波器。當電網電壓出現閃變現象時，負荷電流會產生強烈的波動，而此時補償因負荷變化而產生的無功電流可實現補償負荷電流的目的。有源電力濾波器中的可關斷電子設備可替換該過程中的系統電源，將畸變電流輸送給電壓負荷，從而使系統的正弦基波電流只提供給負荷電流。有源電力濾波的敏捷呼應、抵償容量小和超高穩定性對動搖電壓的操控效果十分顯著。另外，通過加設動態電壓恢復設備、添加具有更好性能的補償裝置也可有效控制電壓的波動范圍，進一步提升電能質量。

（三）加強并網管理

影響風力發電電能質量的因素十分復雜，在實際的工作過程中應加強對并網工作的監督管理。針對風電并網工作，應創立完善的風電信息監督管理平臺，建立集風電規劃、前期、建設、并網、運行等一系列的信息數據庫，保證風電服務信息的及時、準確、公開、透明。為保證風電并網送出質量，應加強風電接入系統工程的管理。對大型風電項目，應提高對風電并網管理的重視程度，加快研究設計和制定并網檢測等配套設備，并加強對各種風電生產設備的入網認證和并網檢測的力度。合理增加并網測試工程和測試設備，引進高水平測試人才，逐漸適應大規模并網檢測需求。尤其是針對千萬千瓦級的風電項目大規模送出需進行充分的檢測論證。

（四）優化機組設計

對于發電廠而言，除了要關注設備本身問題以外，如大規模風電場并網引起的次同步震蕩問題，還需從整體的角度去進行優化。從風力發電廠中的風力發電機組、輸電線路以及SVG、變電設備等各個環節進行系統分析，對于電能質量的提升意義重大。無論是從單個設備的可靠性還是從系統的可靠性考慮，都需要從技術和管理兩個層面入手，才能夠整體提高發電效率和質量。在技術方面，可根據機組并網容量的不斷提升，進一步優化機組設計，革新并網思路。風電出力的隨機波動導致線路無功的流向和規模頻繁變化，只依靠電網的無功調節是無法滿足風電波動對電壓的影響的。而對風電的波動性進行合理的電源調峰，最大程度地滿足負荷平衡十分重要。

四、結語

風力發電將是未來新能源發展的必然趨勢，風力發電并網技術對電網的電能質量影響深遠。由于目前的風力發電過程中存在諧波及電壓閃變等因素的影響，導致風力發電的電能質量還不是十分理想。在日后的風力發電領域中，優化并網技術的安全性和穩定性，提升電能質量將是研究重點。

參考文獻

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