并網風力發電機組電能質量測試及評估方法分析

魏強

摘 要：風能是一種清潔、可再生能源，進行風力發電探索是國家大力支持的項目。本文簡單介紹了并網風力發電技術，通過分析并網風力發電機組電能質量功率特性測試內容，針對不同測試項目提出相應的測試方案，為相關人員提供參考。

關鍵詞：并網;風力發電機組;電能質量測試

引言：

在并網風力發電機組運行環節，經常會因為輸出功率不穩定、額定功率變化等原因，導致電網突然停機或開機，使得風場接入電網處于一個重新分配的過程，影響電網供電狀態。并且在風力發電廠運行環節，各種大功率電子變流器的應用，還會注入諧波電流，造成電網電壓畸變，存在一定安全隱患。

1并網風力發電技術介紹

并網風力發電技術的本質，就是風力發電機與同步發電機的融合系統，在風力發電機運行環節，借助同步發電機，不僅能夠輸出有功功率，更能完成無功功率的提供，保證并網周波穩定，提升整體電能供電質量。如何實現風力發電與同步發電的并網融合，有效增強其供電穩定性，是現階段電力專業重點研究對象。但在實際運行環節，整個風電系統受風速波動影響極為明顯，其會使轉子轉矩出現大幅度變化，無法滿足并網發電精準度要求[1]。

2并網風力發電機組電能質量功率特性測試內容

功率特性是風力發電機組運行的重要性能指標，作為風力發電能力的表示方式，其性能指標直接影響著風力發電機組的發電量。常規狀態下，風力發電機組出廠時，制造商會向用戶提供機組標準額定功率曲線，其受風電機組工作環境的影響效果較為明顯，實際功率特性曲線與標準功率特性曲線并不吻合，對于風力發電機組的運行狀況評估帶來困難。并網風力發電機組電能質量功率特性測試環節，測試內容主要為發電風速的相應機組輸出功率，并借此得到機組與風速之間的功率特性。

常規風力發電廠的系統控制方法都是相互連接的，在這種管理模式下，發電廠報警系統只能夠在設備鎖定時才能被觸發，并且需要超過相應時間限制條件才能夠發揮作用。由此可見，這種傳統風力發電廠控制裝置的應用空間極其有限，不能夠進行復雜情況的報警工作處理，無法進行有效的故障處理。在NB/T31003-2011《大型風電場并網設計技術規范》中對于風力發電廠電壓范圍有著明確要求：并網點電壓要在額定電壓-4%至+8%之間，若不處在這個區間內，則無法保證發電廠的發電調節效率。進行并網風力發電機組電能質量功率特性測試，整個過程極為復雜，需要耗費較長時間，并且直至建立起覆蓋一定風速范圍和各種風況的數據庫系統，才能夠完成測試工作。在測試過程中要有效控制整個發電系統的誤差，增強風力發電廠電氣性能，完成機器設備、控制電源等系統項目的綜合控制。在這種控制模式下，能夠幫助發電廠收集所有電氣設備使用數據，包含電壓變化、電量輸出、有功功率浮動變化等，及時對相關發電信息進行處理，并制定相應的應對措施[2]。

3并網風力發電機組電能質量測試及評估運行試驗

3.1電網自動調度實驗

并網風力發電機組電能質量自動調度測試評估工作，工作人員提高機組主軸速度，如果若此時風力發電機轉速保持在90%-99%之間，則啟動并網接觸器，發揮風力并網自動調度的管理作用。電網自動調度作為并網風力發電機組測試評估工作中的常規工程，其任務完成條件是具備一臺將所有電子設備進行連接的高效處理計算機，并配備相應的網絡處理條件，例如，一臺大顯示屏能夠有效提高發風力發電機組電網調度服務器處理效率。在這種工作環境下，傳統的人工調度模式將會被自動化調度模式取代，結合發電系統中的網絡處理，實現發電廠與調度中心之間的需求合理分配，從而完成電網自動調度功能測試。作為并網風力發電機組中的重要一環，電網自動調度能夠對所有風力發電運行設備進行控制，同電氣工程運行質量有著重要關系，逐漸擺脫人工作業束縛。強調風力發電機組相關數據的自動化整合及自動化收集，并將相關數據進行有效調度，從而適應發電市場發展需求。

3.2電網觸點模型構建

風電機組觸點接觸系統主要分為接觸電阻與內部電阻兩部分，進行靜態接觸熱穩定研究項目時，需要保持這兩種形式的電阻相同，且保證觸點系統的觸頭大小一致，從而控制并網風力發電機組電能質量，完成W形截面觸點的熱穩定性研究。電流線收縮使得風電機組出現接觸電阻，而其表面膜僅通過干擾系統導電斑點的形成影響電流收縮強度，因此在進行隔離開關靜態觸點電阻計算時，要忽略膜電阻的影響效果，即：

R=Re

式中：R為接觸電阻，Re為收縮電阻。

借助Holm單斑點一級收縮模型，使得模型觸點形狀為圓形金屬導電斑點，在電流通過此導電斑點時電流線會出現收縮現象，造成收縮電阻，其收縮形變程度與風電機組觸點壓力及形狀有直接關系。過程中要保證并網觸點靜態系統結構滿足Hertz模型接觸條件，即整個接觸面積要低于單個零部件的半徑，降低表面相對曲率半徑。根據資料顯示，觸點接觸力會對靜態觸點收縮電阻產生影響，尤其在瞬時過熱狀態下，接觸力會造成觸點半徑發生變化，使得內部溫度升高。為保證靜態接觸下熱穩定性分析模型的研究有效性，在進行Workbench中有限元分析工作時，在并網耦合節點施加一個適應力，形成接觸力對等條件，避免接觸力對整個觸點的影響，保證觸頭截面形式風電機組電能質量檢測研究結果準確性。

3.3動態無功補償測試

動態無功補償模式又被稱為靜止同步補償器，其補償效果是早期的電容器、同步調相機無法媲美的，具有較高的補償效率。并網風力發電機組電能質量測試及評估運行試驗中，技術人員可以通過改變并網發電輸出功率，使整個機組的負載情況發生變化，判斷其是否符合相關要求，能否建立并保障網絡通信系統的工作穩定性，有效延長風力發電機組的使用壽命。其核心技術主要分為靜止無功補償器（Static Var Compensator，SVC）和靜止無功發生器（Static Var Generator，SVG）兩種裝置，但近年來SVG技術的不斷發展，使其逐漸取代了SVC的市場地位。但是無論哪一種無功補償狀態下，都需要展開無功綜合控制試驗以及快速響應試驗，并判斷無功補償控制策略是否滿足條件同時檢測SVG裝置是否處于安全穩定的狀態[3]。

借助計算機系統軟件實現發電廠設備聯網管理需求，克服不同廠商設備之間的兼容性調節問題，在實際工作中，動態無功補償模式可以根據發電廠電壓調節需要，控制調節速度及精度要求。雖然現階段沒有對并網風力發電機組進行強制性全容量SVG要求，但要自覺加裝動態無功補償設備，隨著發電廠作業過程中電氣工程及其自動化技術的應用普及，逐漸加強對電網動態無功補償必要性的深入認識和規范修訂，未來安裝SVG可能成為大型并網建設必然要求。在并網風力發電機組電能質量測試及評估運行試驗設計環節，應當注意該試驗應當在工況比較惡劣的情況下來完成，這樣才能最大程度的保證試驗的可靠性。應用SVG中的同步鎖相、蓄電池以及SPWM等技術，保證發電廠電氣工程及其自動化技術管理工作中，負荷轉移工作的順利完成，并具備一定的預警故障診斷功能。

結論：風力發電并網技術是一種極為先進的清潔能源利用項目，該技術的應用有利于實現發電廠作業標準統一，但其還存在許多技術問題需要解決。可以通過建立風電機組自動化運行模型等方式，進行并網風力發電機組電能質量測試及評估運行試驗，加強對風力發電機組內部設備的控制管理體現了現代科學技術發展的重要意義，實現清潔能源使用技術的進一步升級創新。

參考文獻：

[1]陳俊嶺，汪彥辰，馮又全.風力發電塔用盆式調諧/顆粒阻尼器設計參數對照試驗研究[J].太陽能學報，2021，42（04）：460-465.

[2].“風電運維與測試技術”湖南省工程實驗室簡介[J].湖南工程學院學報（自然科學版），2021，31（01）：2.

[3]謝超.風力發電齒輪箱設計制造技術現狀及發展趨勢探析[J].決策探索（中），2020（10）：54.