风力发电并网技术及电能质量控制措施

风力发电并网技术及电能质量控制措施

徐超

甘肃华电环县风力发电有限公司瓜州分公司 ， 甘肃省酒泉市， 736100

摘要：电能与人们日常生活关系密切，生活中的各种设备趋于智能化的同时，对电力的需求也逐渐提高。新能源在近期受到广泛关注，并伴随“可持续发展”理念的深入传播，国家逐渐重视风能、水能以及海洋能等新能源利用率的提升，其中风力发电技术至关重要。本文从风力发电并网技术的分类出发，详细阐述了提升风力发电质量控制的具体措施，旨在为相关从业人员和单位提供有效参考。

关键词：并网技术；风力发电；传感器；振动波

一、风力发电并网技术的分类

常见的电能的来源较多，例如火力发电、风力发电以及核电，其中由于风力发电的环保特性，应用最为广泛。优化风力发电并网技术可以提升风力发电效能，并对其稳定性以及使用效率均有不同程度的促进作用。并网技术的主要内容是保障风力发电机组的输出电压和接收电网的电压特性保持一致，主要指的是电压振幅、波形相位以及振动频率。在保证这些特性符合相关要求之后，可在并网时实现电网整体的平稳运行。现阶段，风力发电并网技术主要分为以下两种：

（一）同步风力发电机组并网技术

发电机组在正常使用时，一般由风力发电机与同步发电机共同构成。同步发电机可控制发电机组整体的有效输出功率，并提供相应的无用功，进而维持机组整体运行的平衡性。同步发电机可以提升电力周期波动的稳定性，使电网整体电能输出趋于平稳。鉴于这种风力发电机组的运行平稳等特性，其在并网技术中应用较为广泛。但需要注意的是，两种发电机同时并网运行会出现一些问题，主要表现在实际工况风速波动不同，电机转子反应灵敏，其转矩会在风速波动时随其一起振动，这种现象会直接影响整体发电机组的调速性能。因此，在结合风力发电机和同步发电机之后，一定要定期评估其内部隐患。可充分使用电网检测变频器，将其安装在电网和发电机组之间，监测并减少电力系统的无功振荡和同步率失调，提高并网运行的整体质量。

（二）异步风力发电机组并网技术

此技术相较于同步发电并网技术，安装以及操作稍显简单。其运行中主要通过调节转差率大小实现对发电机整体运行负载的控制，实际运行中的调速精度标准不高，在具体布置安装此并网技术时步骤简洁，可操作性强，适当调节其电机转速，使其与发电机同步转速大概保持一致即可。同样需要说明的是，此种技术在具体使用中也有相应缺陷，主要表现在此并网技术在实际操作中时长会出现并网冲击电流。此电流一旦过大，会直接造成电网整体电压减小（根据物理学定律，一般认为此时电流和电压的乘积保持不变），这种反应会威胁到电网运行的安全性。因此，使用异步风力发电机组并网技术应注意加入无功补偿，减少并网电流激增的现象，亦可避免磁路饱和问题的发生。

二、解决并网技术问题和提升电能质量控制的具体措施

（一）应用静止无功补偿器

提升电能质量控制的有效性在风力发电并网技术中异常重要，具体操作中应借助于静止无功补偿器发射抑制简谐波进行调节。静止无功补偿器的核心元件是电阻对抗器、谐波滤过器以及多种可投切类型电容器，其相互配合可降低简谐波在电力传输中的危害。静止无功补偿器在实际使用中有极强的应变反应能力，在实时监测电网无功功率的同时，可及时调节一些异常的电压变动，这些变动一般是由环境风速不稳定造成的。在补偿器调整了相应的异常电压之后，可消除电路传输中的简谐波现象，提高电网运行的整体效能和质量。

（二）应用有源滤波器

在电力传输中，一般情况下我们认为电流和电压的乘积保持不变，因此如果电网负荷电流发生激变，电网的整体电压会立刻发生变化，而电压的闪变在电力传输中是不允许的。当前处理这种问题的主要方式是使用有源滤波器，其主要元件是电力控制晶体管以及可开闭晶闸管。基于可开闭晶闸管的特性，可有效实时补偿负荷电流。且由于电子控制器在使用时替代了系统控制电源，可将畸变电流传输给电压负载端，经过此种控制可保证系统只将正弦基波电流传输给电网负荷，排除其他形式电流的影响。有源滤波器相应快速，其内部电压波动幅度大，闪变补偿率高并且一般补偿的容量需求较小，使其在运行使用中可靠性高，电网调控能力强。可在实际使用中强有力地调节电压波动，最终稳定电网整体的电压输出。

（三）应用动态电压恢复器

电压闪变现象不只发生在高压配电传输中，在中低压配电网中，其依旧时有发生，主要原因是有功功率在电能传输中由于负载变化会急速波动。因此，具体的解决措施是补偿瞬时有功功率，但是不能忽略无功功率的补偿，综合此项要求，在实际中往往使用动态电压恢复器。动态电压恢复器的关键元件是自动储能单元，其代替了一般无功补偿装置的储能单元。动态电压恢复器可在非常短的时间内（一般时间间隔为1ms），主动计算出正常电压和故障电压的准确差值，依据电压差值对系统电压进行动态补偿，进而减少电网电压的波动，把对负载端的影响降到最低。同时，由于其调节时间较短，动态电压恢复器可提升动态电压的质量，并且改善电网整体的电能质量，因此，使用动态电压恢复器是有效控制电网电压波动和简谐波振动等质量问题的最合理措施。

（四）强化电网技术人员的专业能力

电力企业应加强相关技术人员在风机叶片机构、风机运行故障诊断以及损坏维修等方面的技术能力，安排其深入学习识别具有严重缺陷叶片的办法，并在明确分类分级要求的同时，可提出相关缺陷修复的建议。另外，风力发电企业要注重行业内部的技术交流和业务培训，一同探讨风力发电技术的创新和应用办法，进而实现电能质量控制的高效化，为风力发电的正常运行和日常维护提供强有力的技术支持。

（五）统一电能控制器规格

风力发电并网技术中的关键是各类补偿技术，在电网运行时不仅要注意对电压的补偿，同时要注意对电流的补偿，因此，统一电能质量控制器尤为重要。统一电能质量控制器是具有代表性的综合类电能补偿装置，其有效结合了串联补偿装置以及并联补偿装置，进而实现电能的综合性补偿。这种装置主要元件是串联储能单元和并联储能单元，可在电网运行中调节配电系统的简谐波振动，并有效避免因电网的瞬时接电和断开产生的电压波动问题，提升电能控制质量和电网整体运行的可靠性。

（六）优化机组整体结构

风力发电整体系统包含设备众多，其各自质量应得到有效保障，同时应注意系统不同设备之间的高效配合，使风力发电机组、电能出入和输出线路、SVG以及其他变电设备可有效连接在一起。不同的设备有不同的电能控制功能，其各自的可靠性和完整性表现着电网整体的供电效能。因此，在加强技术研发的同时，应优化机组的整体机构，在管理层面有效控制电网整体的电能质量。

三、结束语

我国的风力发电并网技术在相关技术人员不断的研究探索中取得了显著发展和进步。但是在实际使用中，其整体运行情况依旧不尽完善。风力发电的环境要求一般较高，安装普遍性差，不能兼顾各种类型的风电企业。我国风力资源较为丰富，在使用了风力发电并网技术之后，可提升风力发电建设的适应性。因此，国内相关企业和技术单位应深入研究风力发电并网技术，提升其电能质量控制的效能。无论是使用谐波抑制器、有源滤波器还是动态电压恢复器，或是提升技术人员的能力和优化发电机组整体设计等，都是为了进一步优化发电机组并网技术，提升风力发电的整体效能，提高发电的电能质量，促进行业的良好发展。

参考文献：

[1]林勇.风力发电并网技术及电能质量控制对策探析[J].装备维修技术,2020(02):182.

[2]周利鹏.风力发电并网技术及电能质量控制措施探讨[J].科技创新导报,2018,15(36):70-71.

[3]林静,蒋雷.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].通讯世界,2018(05):241-242.