風力發電并網及電能質量控制的相關探討

張毅

摘要：風力發電是中國電力的主要來源之一。目前，風電場容量不斷增加，已經開始對整個電網系統產生一定影響，由于風力發電站通常位于人口少且不位于供電網絡中心區域的地區，因此不會受到很大影響。風力發電可能導致配電網絡中的諧波污染或閃爍。而風電的隨機性也會影響發電過程。風電并網技術的應用已成為所有企業的熱點問題，如何控制電能質量也成為企業關心的問題。

關鍵詞：風力發電;并網技術;質量控制

引言：隨著我國科學技術的發展，社會的進步和礦產資源日益貧乏，能源緊張程度越來越嚴重，人們越來越重視自然資源的利用。因此，自然資源的利用已成為社會發展的主題。目前，人民生活水平不斷提高，電能消耗也在不斷增加。電能是人們生活和工作中不可或缺的一部分，其重要性不言而喻，但目前許多城市都存在電力不足的現象，如何利用自然資源發電已成為廣泛關注的焦點。

1風力發電并網技術

風電并網技術要求發電機輸出電壓的幅值，頻率和相位與電網系統電壓完全一致，隨著風機容量的逐漸增加，風電對電網的影響也在不斷增加。當并網沖擊非常嚴重時，不僅會造成電力系統電壓下降，還會對發電機和機械部件（塔架，葉片，增速器等）造成一定的損害。如果并網沖擊持續時間過長，系統可能會破壞或威脅其他連接的電網單元的正常運行。因此，必須選擇合理的并網技術。

1.1同步風力發電機組并網技術。同步發電機的工作過程如何，在輸出有功功率的同時，還可以提供無功功率，且周期穩定，電能質量高，因此它已被電力系統廣泛使用。如何使這項技術和風能的整合當電網連接時，其發電機已經成為一個完美的整合已經成為今天人們要研究的問題。在很多情況下，由于風速不穩定，轉子上的轉矩極不穩定。當電網連接時，其調速器性能將無法滿足同步發電機所要求的精度。如果在并網后不能有效控制，在特殊的重負荷條件下，可能出現無功功率振蕩和失步問題。因此，近年來國內外風電機組很少使用同步發電機。近年來，隨著電力電子技術的飛速發展，通過技術有可能將這些問題避免到一些前臺。例如，在同步發電機和電網之間使用變頻裝置是一種有效的方法，人們開始重新關注同步風電。單位電網連接技術。

1.2異步風力發電機組并網技術。與同步風力發電機組并網技術相比，異步風力發電機組在運行過程中由于滑移率而調整負載。因此，發電機組的調速精度不高，不需要同步設備和全部步驟。運行中，只要速度接近同步速度，就可以連接到電網。配備異步發電機的風力發電機最明顯的優點是該技術的控制裝置相對簡單，并網后不會出現振蕩和失步問題，運行穩定可靠;然而，并網異步風力發電機的運行過程還存在一些問題，如直接連接網絡可能導致大的浪涌電流，導致電壓下降，影響系統的安全運行;系統本身沒有無功功率，需要無功補償;過大的系統電壓會使其磁性飽和，無功電流顯著增加，定子電流過載，功率因數急劇下降;如果不穩定系統的頻率過高，異步發電機將由于同步速度的增加而從發電狀態轉變為電動狀態。頻率下降會導致異步發電機電流迅速增加并變得過載。因此，必須采取嚴格的監督措施，確保異步風力發電機組的安全運行。

2風力發電并網對電網的影響及措施

電壓風力資源有其自身的不穩定性，加上風力發電機本身的運行特性，造成風力發電機自身的輸出功率難以穩定，從而對電網的電能質量產生不利影響。今天，風力渦輪機通常使用軟電網連接到電網。但是，在設備啟動期間仍然會產生浪涌電流，并且電流值很大。如果切出風速低于風速，處于輸出工作狀態的風機會自動停止運行。不僅如此，風速難以控制，風扇形成的塔影效應也會影響風機處理，造成風機輸出波動現象，波動值在電壓閃變范圍內形成。

2.1調峰。調峰單元：由于不平衡的電力負載和發電，電網在用電高峰時段通常過載。為了保持電網的穩定性，除正常運行外，還需要安裝備用發電機，這些待機發電機組被稱為峰值調整。

2.1.1對調峰的影響。理想的風電波動應該與電力負荷的波動大致相同，然而，由于風力發電的隨機性，風力發電的波動往往與用戶用電波動相反。在用電高峰期，風力發電機不發電，當電力不足時，風力發電機滿載，由于風電隨風速變化較大，電力系統需要提供更快的調峰率，此時，風電的作用是“切割填谷”，進一步拉大風電與用戶負荷的差距。大容量風力發電機組將使調度更加困難，并且電網必須采用保守的方法來預留大量的備用容量，會增加電網的運營成本。

2.2.2采取的措施。全國范圍內調高調峰正負旋轉儲備能力，這種方法是最直接的，但會大大增加電網建設和運營的成本。

加強風電預測系統的準確性：當風電預測系統不存在或不完善時，電網往往只采用風能充足的備用容量方式，使風電的波動平衡;當風力發電系統更加準確時，電網調度部門可以根據常規電力調度的預測發電量生成發電計劃，大大優化電網結構，減少多余的旋轉備用容量，減少施工，電網運行成本。因此，為了減少并網風電對電力系統的影響，改進風電預測系統是非常迫切和必要的。據報道，西歐風電預測系統得到改進的國家包括丹麥和德國。

2.2電壓偏差。電壓偏差也稱為電壓偏差，是指配電系統的運行模式和負載的變化。隨著運行模式和負載的變化，供配電系統各點電壓變化緩慢。每個點的實際電壓與系統的額定電壓之間的差值稱為電壓偏差。

2.2.1.電壓偏差產生原因。電力負荷的使用和風力發電機組輸出的隨機變化應該等于電力系統安全運行過程中無功功率的產生和消耗。當系統的無功功率不平衡時，會有大量的無功功率流過變壓器和供電設施，這將在變壓器和供電設施端產生電壓偏差，系統無功功率不平衡是電壓偏差的根本原因。

2.2.2采取的措施。調整無功功率平衡：系統無功功率不平衡是電壓偏差的根本原因。可以在風力發電站或電網中安裝動態無功功率補償器，以吸收或補償系統中的無功功率，從而盡可能達到平衡，不僅可以提高設備利用率，還可以調節電壓。

發電機端調壓：如果電源電路短路，則可通過調整發電機端的勵磁電流來調整發電機母線電壓，這種方法是最直接和經濟的。

變壓器端調壓：變壓器兩段電壓可根據電壓偏差范圍進行調整，以達到穩定電壓的目的。

2.3諧波。電力諧波：在電力系統中，理想的發電廠發送正弦波，但是，當電流通過一些電子元件時，電流波形變成近似正弦波。這種變形的正弦波是周期性的，稱為諧波。

由于恒速風力發電機直接連接到電網，因此沒有電力電子轉換器，所以沒有諧波。為了提高風能利用率，大多數風機現在都是變速恒頻發電機。轉子通過逆變器連接到電網。逆變器屬于電子式電力變流器，會產生巨大的諧波，對電網造成嚴重的諧波污染。

2.3.1影響。諧波使電網降低用電率，增加電網諧波損耗，使設備過熱并可能引發火災;也會導致設備產生機械振動和噪音，加速設備的絕緣老化率，導致設備報廢，并發生事故，它也可能導致保護裝置發生故障并影響設備的運行。

2.3.2采取的措施。優化風機逆變器的設計，從根本上減少諧波的產生。

結束語

先進的電力電子技術可以在風力發電機組的控制和電能質量的改善方面發揮非常重要的作用。然而，困擾風電并網技術發展的風電還存在一些問題。本文研究和探討了風電并網技術及其電能質量控制策略，它對推動風力發電技術的進步和普及起到一定的作用，一些問題的解決需要進一步的研究和討論。

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