浅析风力发电并网技术及电能控制策略邵威

浅析风力发电并网技术及电能控制策略邵威

邵威

中国华电科工集团有限公司100160

摘要：风能是一种可再生和清洁的能源，得到了国家的大力支持。随着风力发电厂规模的不断扩大，我国的发电比重也在逐步提高。再加上风能的特殊性，风电场通常位于人烟稀少的地区，因此需要承受更多的冲击，如不解决，它很可能会在整个电网中造成谐波污染或其他质量问题。本文笔者阐述了并网运行时可能出现的电能质量问题，并提出了相应的解决办法，为相关并网运行方式的研究提供参考。

关键词：风能；发电；并网技术

1前言

风力发电技术日趋成熟，电厂产能不断提高。虽然可以在一定程度上缓解社会生产与电力资源的供需矛盾，但风力发电总量的增加对电网系统有一定的影响。一般来说，风力发电厂都建在地广人稀地区，远离供电网的中心区域，所需承受的冲击力相对较小。在并网时容易造成配电网的谐波污染和闪变问题。而且受风力发电特性的影响，其不稳定性也会影响电网整体供电质量。因此，有必要加强风电并网技术和电能控制策略的研究。

2风力发电并网技术的基础

风力发电并网技术的基础可以一分为二，第一个是同步风力发电并网技术，第二个是异步风力发电并网技术。它们有各自的特性以及应用限制条件与不足之处。

2.1同步风力发电并网技术

风力发电并网技术最理想的状态是同步发电机组和风力发电机组两者之间步调一致、完美结合。一般情况下，因为风速一直是变幻不定的状态，所以受之影响的发电转子也会有大幅度的摇摆不定，就导致了风力发电并网调速无法达到同步发电机的精度，很容易出现失步状况。正是因为存在这一难题，同步发电机虽然在一些领域有所涉及，但一直都没有大规模去做推广应用。如何使同步发电机与风力发电机有效协调步调同步，一直是电力学方面研讨的关键与核心。电力及相关专业的专家学者在研发出可以有效应对此难题的变频设备之后，即将其运用到同步风力发电并网技术中并不断加以完善，在坚持不懈的努力之下，同步发电与风力发电运营组已经实现了初步的有机结合，前景看好。

2.2异步风力发电并网技术

异步发电动力组和风力发电动力组两者先进行结合然后保持相同步调运转，则为异步并网技术，与同步并网技术相比，受限的可能性极大程度上地降低，无需风力发电并网调速精准做到与同步发电机精度一致，只需要发电转子运转时风力发电并网调速异步发电机的转动转速保持一定程度的协调一致即可。风力电机组搭配使用的异步发电机方式，可避免整个系统设置复杂的控制装置，并且在并网后，也不必担心产生无振荡或者失步问题，整体运行状态相对稳定。但是就实际应用效果来看，电力发电异步并网技术还存在一定缺陷，部分情况下在并网后，会因为冲击电流过大、电压降低等因素干扰，而导致风力发电系统异常，尤其是不稳定系统频率值降低过大，会导致异步发电机的电流急剧增大，造成系统运行过载，甚至整个瘫痪，生产安全风险增大，因此想要选择此种并网方式，还需要提前做好相关准备工作，采取一定措施来维持异步风力发电机组的稳定运行状态。

3风电并网对电网质量的影响

3.1谐波影响风力发电

并网过程中会产生一系列谐波，而对电网整体运行状态产生影响，主要可以从两个方面来进行分析。第一，并网时涉及到的逆变器形成的谐波。第二，接通风力电源以后，运行时也有可能会产生谐波。谐波被引入电网中，会直接影响整个结构的电能质量。另外，现在风力发电并网常用的为软并网技术，整个并网过程会产生较大冲击电流，如果切出风速小于外界风速，风机便会脱离额定处理状态，同样也会对整个电网电能质量产生影响。

3.2电压波与闪变

风电为一种清洁型能源，但是因为近年来风电容量不断增加，并网时很容易会对整个电网电压造成影响，产生电压波动与闪变。如果风力发电并网时，所选连接位置相距配电变压器过小，风电接入电网后产生的电压闪变只会造成比较小的影响，但是此种接入方式会对电流产生较大影响，馈线附近的电压会出现大幅度的波动，进而会造成发电的用电设备受损，导致风力发电无法正常进行。另外，接入风力发电后电网电压还会增大，尤其是现在风力发电应用最多的是异步电机，发电机处于正常运行状态下，构建旋转磁场需要消耗大量的无功功率，而功率分布方式的变化直接影响着电网电压，并网后会消耗掉一部分无功功率，进而会使得电网线路上的压降增大。

4电能质量控制策略

4.1电压波动和闪变的控制策略

4.1.1有源电力滤波器

要想控制善变的电压，理应在负荷电流发生急剧波动时进行。当负荷发生变化时，应及时补偿无功电流，以此来实时补偿负荷电流。因为有源电力滤波器采用的电子器件是可以关断的，所以，电子控制器完全可以替代系统电源，以此来输出畸变电流到电压负荷，只要保证系统只为负荷提供正弦基波电流即可。从整体情况来看，有源电力滤波器具有电压波动大，响应速度快，补偿容量小，补偿率高，控制能力强，运行稳定、可靠等特点。其在电压波动的控制方面必然发挥较大的作用。

4.1.2动态电压恢复器

在中低压配电网中，有功功率的快速波动也将导致电压闪变问题的出现。因此，保证补偿装置的科学性和有效性就显得十分关键了。除了要进行必要的无功补偿之外，还应该适时进行有功补偿。然而，由于带储能单元的补偿装置可以有效改善电能质量，所以，其完全可以取代传统的无功补偿装置。那么，对于本身就带有储能单元的动态电压恢复器而言，其能够以正常电压和故障电压的差值在ms级内将电压注入到系统中。这种方式可以有效解决电压波动、谐波等动态电压质量问题。3）统一电能质量控制器。如果既要对电压加以补偿，又要对电流加以补偿，则就选择应用综合类补偿装置，而统一电能质量控制器就是典型的综合类补偿装置。该装置可以将串联、并联有效的融合起来，以便用户能够解决综合补偿问题。由于统一电能质量控制器功能强大，既能够进行谐波补偿，又能够控制电能质量，因此得以广泛应用。

4.2并网谐波控制

想要降低风电并网对电网运行状态的影响，需要选择合适有效的方法来进行电能质量控制，比较成熟的方法如抑制谐波。可向系统增设静止无功补偿设备，利用其所具有的判断无功功率状态是否变化的特点，来对可能产生变化的无功功率状态进行可靠跟踪，实际应用准确度高且反应迅速。并且，增设的静止无功补偿设备还能够调节电压的起伏程度，例如因为风速变化不稳定时，使得电压大小起伏变化，以此来有效消除谐波，保证风力发电机组的运行状态不会影响到电网的电能质量。

5结语

综上所述，新能源的开发事业已经随着科技的进步而得到了逐步发展，风力发电的技术也得到了广发应用。在风力发电中，随着机组的并网容量的不断提升，对电网的电能质量也会产生较为深远的影响，但是，由于存在着谐波以及电压闪变与波动等影响因素，导致风力发电过程中的电能质量一直不能达到理想状态。所以，为了能够有效提高风力发电的效率，使并网冲击与电力谐波得到减小，从实质上提升功率因素是当今时代我国应重点研究的风力发电领域的问题之一。只有使这些问题得到有效的解决，才能使风力发电的效能充分地体现出来。为了使风力发电并网技术的的稳定性以及安全性得到有效的提高，应进一步加强技术的研究，使电压波动与闪变、谐波等问题得到有效处理，进一步保证电能质量，使整个发电系统得到稳定运行。

参考文献：

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