淺析風力發電并網技術及電能控制

朱志成

（寧夏龍源新能源有限公司，寧夏回族自治區 銀川 750002）

引言

風力發電是將風的勢能轉化為電能，這種發電方式更加綠色環保，而且風能是可再生能源，所以風力發電是一種有非常光明的應用前景的發電模式。隨著我國的風力發電技術的成熟，風力發電容量不斷增加。但是，風力發電要想得到使用，就要將風電并入電網，才能向千家萬戶完成供電。而風電并網過程中，卻會對配電網產生一定的影響，進而造成供電質量的不穩定。基于此，當前針對風力發電并網技術的研究還需要不斷深入，從而更好地實現電能質量的控制，更好地滿足社會對電能的使用需求。而且隨著風電總量的不斷增加，這樣的問題也越發顯著。只有從根本上解決這一問題，才能夠讓風力發電更好地為社會做出貢獻，在滿足社會對電能需求的同時保證電能質量。所以，針對風力發電并網技術展開研究，對于我國當前的風力發電有非常重要的意義。

一、分析風力發電技術的特點和發展狀態

（一）分析風力發電的特點

對于風力發電而言，主要是將風的動能轉換成為電力，風能作為一種可再生的清潔能源，受到全世界的廣泛關注，風能本身是十分豐富的能源，比地球上可開發的水能總量高出十倍左右。我國的風能資源十分豐富，可開發并利用的風能高達10 億千瓦。風本身就是一種無公害的能源，且在使用過程中是取之不盡用之不竭的一種能源。在全球范圍內還存在缺水、缺燃料以及交通不便的城市，選擇風力發電能規避出現的諸多能源消耗問題。海上風電也是可再生能源發展的關鍵領域，與此同時也是促進了風電技術不斷進步和產業升級以及發展的必備力量，在現如今能源結構調整等諸多前提之下，采用風電能能夠更好地促進調整的體系促進，同時促進我國電力事業的不斷發展。

（二）分析風力發電的狀態

一是單機容量穩步的提升。從二十世紀八十年代開始，我國的單機功率從五十千瓦為主要的發電功率，從九十年代初期開始提升為一百千瓦到三百千瓦為主的發電功率，從就是年代中期開始提升為四百十五千瓦到六百千瓦為主的發展功率，在單機容量不斷發展的過程中看出，我國風力發電技術也在不斷擴大；同時還能將調節方式替代傳統失速功率調節模式。失速功率調節模式主要存在的問題是由于風力發電組性能受到葉片失速性的影響，整體額定風速持續變高，在風速超過額定數值后發電的功率就會不斷下降。通過采用變槳調節的方式，可以更好地避免上述問題，在現如今風力發電技術中得到了十分廣泛的應用和推廣。二是變速橫頻方式取代了恒速恒頻方式。變速橫頻的方式能夠控制發電機在運行過程中的轉速，還能夠最大程度上應用風能儲備，提升風力機在運行狀態下的整體效率，當前我國也已在風力發電期間慢慢采用變速恒頻的模式；風力運行的可靠性得到不斷提升。風電機組的年使用率已從之前的百分之五十提升到當前的百分之九十五左右，風力發電也變成當前最佳的發電方式，在風力發電機組的運行階段，會根據實際情況采用計算機技術及自動控制技術，使風機運行能夠趨于自動化的發展趨勢。

二、分析風電并網對于電網的影響

（一）對電網調度造成的影響

在傳統的電網配置過程中，多數的電網是處于較為寬闊的地點，因此地網進行建設的階段對于整體的線路構架和電網后續的使用維修實施難度相對比較大，并且因為部分電網建設相對缺少資金的投入，因此傳統的電力在構建的過程中，智能化設備程度相對比較低，這樣的問題就會影響到風電并網對于電網調度造成的諸多因素。此外，雖然當前已對傳統電網有進一步的改進，使大部分電網水平在當前的運行性狀態下有所保證，但由于人們的生活質量不斷提升，對電力的使用消耗也在不斷加大，傳統的電網線路不穩定等諸多問題在當前的電力使用階段十分常見。由于部分農村以及偏遠地區的經濟情況有所限制，在當前的經濟狀態下網架承載的能力也需隨著居民的使用情況不斷提升，只有這樣才能保證農村的正常用電消耗。最后本身風能在存儲的過程中，將會存在相對比較多的不穩定性的因素，在實際并網后將會對電網調度帶來直接影響，也會對居民的正常使用帶來一定的限制，因此在實際工作中需要引起高度的重視。

（二）對于電力系統穩定性帶來的影響

電力系統受到干擾的情況下將會出現電振蕩方面的問題，或大或小的干擾都會對電力系統的安全性和穩定性帶來不可估量的影響，在電力系統進行設置的過程中，同步發動機供應勵磁電流的相關電源及其附屬都被稱之為勵磁系統，一般情況下能夠分成勵磁功率單元與勵磁的調節器。在發電機中最為關鍵的組成零件就是勵磁系統，該系統的運行不僅會對發電機的運行造成不可忽視的影響，也將會對電力系統的穩定性帶來不同程度的影響，因此在實際進行工作的過程中，相關人員要引起重視，避免電力系統實際運行受到較大的阻礙，為人們提供出更高質量的電力供應。

（三）分析諧波的影響

結合現如今風力發電并網的實際情況來進行分析，諧波的影響是需要重點面對的問題，風電并網所產生的諧波影響，對于整個電網的狀態會帶來不同程度的影響，通過對諧波出現的原因進行分析，其主要是來自以下方面：一是因為并網過程中逆變器產生的諧波。二是風力電源接通后的運行，造成了諧波的產生。諧波進入電網后，會對整個供電系統的電能質量造成明顯的影響。當前我國風電并網應用較多的為軟并網技術，這種技術在并網沖容易出現大沖擊電流，這樣外界風速超過了切出風速，就會導致風機并不能維持在額定狀態下運行，這樣也會導致電網電能質量出現下降的問題，導致其電網無法穩定的運行。

（四）分析電壓波和閃變

現如今隨著可持續發展的理念深入到人們的心目之中，風力發電是作為一種新能源發電的方式，表現出相對較強的成長性，因此最近幾年來風電容量保持較高的增長速度，但是風電容量的增加，使其并網對于電網的電壓影響相對比較大，具體來說，就是電壓波動與閃變。風力發電并網過程中，假如連接位置與配電變壓器之間的距離過小，這種狀態下風電并網盡管電壓閃變的影響相對不大，但是，卻會讓電流影響變大，進而導致饋線附近電壓便顯出劇烈的變動，這種變化可能會直接損壞發電機組的設備。另外，風力發電并網后，會使電網電壓升高，特別是當前風電并網絕大部分采用異步電機。同時異步電機的持續運轉，構建旋轉磁場必然會導致很多的無功功率白白損失，再加上功率分布方式對于電網電壓所帶來的干擾，導致其并網之后一些無功功率將會被逐漸的消耗，因此電網壓降迅速提升，導致電能質量受到較大影響。

三、分析風力發電并網電能控制措施

（一）分析并網諧波的控制措施

為了能夠更好地避免風電并網所帶來的電能質量下降，是需要采取針對性的措施控制電能質量，然而現如今主要的方法便是抑制諧波，具體一點來說，便是通過向系統增加靜止無功補償的設備，之后根據無功功率有無發生變化作為判斷標準，對無功功率的展開有效的跟蹤。這樣的一種方式不但具有很高的準確率，而且還有很快的反應速度。此外，通過增加靜止無功補償設備，還可以對電壓的穩定性起到有效的控制效果。比如，當風速波動不穩的時候，電壓就會出現電壓穩定性的波動，這樣就能夠達到消除諧波的目的，這樣便能夠最大程度上降低風力發電并網對于電網質量所帶來的影響，不斷提高電網運行的整體質量，促進電力行業自身快速發展。

（二）優化電壓波動和閃變控制

在風力發電并網的過程中，控制電壓波動和閃變主要是通過以下方面達到控制效果：一是增加有絕緣的電力濾波設備。這是現如今風電并網技術中較為常見的一種控制閃變的措施，具體一點來說，就是在負載電流出現波動之前，主動針對負荷變化的無功電流實施相應的補償，從而達到補償負荷電流的效果。對于整個風力發電系統來說，將可關斷電子設備應用于有源電力濾波設備，這樣就能夠以電子設備發揮系統電源的效應，從而實現畸變電流向電壓符合輸送，并且電流均保持為系統正弦基波電流。二是增加優良補償設備。通過這種措施可以在一定程度上對電壓波動實施有效的抑制，進而避免出現問題的情況，摒棄采取增加動態恢復設備的方式，這樣一來增加的補償裝置，因為其自身具備可存儲能量單元，所以能夠在提供無功功率的同時對其予以有效的補償，這樣就能夠防止電壓波動引發的問題，使電網中的電能質量處于較高的水平。

總結

綜上所述，當前，我國的風力發電技術已經有較為成熟的應用，并且已經為社會用電發揮了重要作用。隨著社會經濟的不斷發展，未來風力發電的容量必然會越來越高。但是，我國風電在取得成績的同時，也要看到與國際先進國家之間的技術差距，尤其是我國的風電技術與世界上的風電強國如德國相比，還有一定差距，具體表現在風電并網過程中容易出現諧波污染與閃變問題，無法保證供電質量的持續穩定性，這樣既會影響發電安全，也會影響終端用電安全。所以，要采取有效的方法控制這種不利影響，從而為社會提供更高質量的電能。本文針對風電并網對電能的主要影響展開了探討和分析，并針對性地總結了相應的優化措施，希望能夠對我國風力發電并網起到一定的促進作用，更好的發揮風力發電的價值。