风力发电并网技术及电能质量控制对策分析

风力发电并网技术及电能质量控制对策分析

吴浩

江苏国信东凌风力发电有限公司、江苏省南通市、 226400

摘要：社会在发展，经济在进步，环境污染、能源短缺等问题却日益凸显出来，在一定程度上，它开始阻碍社会经济的发展。寻求更快的节能和更稳定的清洁能源是目前可持续发展的重点之一。国家和企业都高度重视这一点。电是19世纪最伟大的发明之一。经过一个多世纪的发展，电力得到了更广泛的应用，是我国经济发展所依赖的重要能源之一。因此，风力发电具有深远的历史意义。然而，风力发电过于灵活且应用广泛，因此很难在质量监督中推广。

关键词：风力发电；并网技术；电能质量；提升

导言：随着科技的创新，为了优化风力发电的整体性能，引入了新技术，如电网连接和性能控制。利用电子技术控制风扇叶片的速度可以收集更多的风能，也有助于解决风力发电并网系统中的一些潜在质量问题。风力发电逐渐受到人们的青睐，离不开电子技术的强大支持。并网技术作为整个发电过程中的支柱技术，将直接影响风力发电的最终效率。因此，有必要对其进行相应的研究。

1关于风力发电并网技术的论述

风力发电并网技术主要是指在特定的发电过程中，电网系统内部的电压应与发电机传输电压的相位、幅度和频率同时一致。然而，实际情况与既定的规划原则相去甚远，因为发电机组的容量日益增加，即电网受到巨大风力发电网连接的冲击。鉴于此，结合实际情况，采用科学有效的并网技术迫在眉睫。

1.1同步风力发电并网技术

风力发电并网技术的理想状态是同步发电机组和风力涡轮机组同步并完美结合。一般来说，由于风速总是处于不确定状态，受风速影响的发电机转子也会大大摇摆，这导致风电并网速度调节无法达到同步发电机的精度，并且很容易失步。正是由于这个问题，同步发电机没有被广泛使用，尽管它们涉及一些领域。如何以有效和协调的方式使同步发电机与风力涡轮机同步一直是电力科学讨论的关键和核心。在开发出能够解决这个难题的变频设备后，电力和相关专业的专家和学者将把它应用到同步风力发电并网技术中，并不断改进它。经过不懈努力，同步发电和风力发电运营集团已经实现了初步的有机结合，前景广阔。

1.2异步风力发电并网技术

与同步风力发电并网技术不同的是异步风力发电并网技术，即异步发电机组和风力发电机组组合后一起运行。异步风力发电并网技术在应用上优于同步风力发电并网技术，因为没有太多限制。只要风力发电并网调速异步发电机的转速在发电机转子运行时保持一定程度的协调和一致性，就不需要风力发电并网调速来精确地达到同步发电机的精度。当然，有优点也有缺点。当风力发电单元和异步风力发电单元相互连接时，一些意外情况，例如过大的冲击电流和电压降，很可能会直接导致整个运行中的风力发电系统瘫痪，如果不加以注意，很容易发生危险事故。为了解决异步发电机不容易连接到电网的问题，不容易有效地避免风险危机。目前，所能做的就是加强对与电网相连的异步风力发电机运行的监督和控制。同时，我们应该积极寻求技术创新和突破，从根本上消除安全隐患。

2风力发电并网运转试运行实验

目前，风力发电并网运行试验主要有两种:动态无功补偿设备功能特性试验和风电场电能质量试验。

2.1关于软并网的功能试验

当异步发电机组主轴的速度增加到同步速度的92°9°时，并网接触器被触发，发电机通过双向晶闸管连接到电网。通过晶闸管触发单元的有效控制，发电机的导通角缓慢增加到180度。控制晶闸管导通角的导通率，以确保电网连接期间出现的冲击电流不会影响系统。瞬态过程完成后，旁路开关闭合，晶闸管同时短路。

2.2动态无功抵偿设备功用特性的测验实验

测试动态无功补偿设备功能特性的目的是验证电容器补偿开关的一系列步骤和操作是否符合标准。实验步骤非常简单，只要调整发电机以改变输出功率，然后在发电机连接到电网时改变发电机的负载状态。应该注意的是，为了确保实验的可靠性，实验必须在最恶劣的工作条件下和不同风力发电量下进行。

2.3风电场电能质量的测验实验

为了测试风电场的电能质量，首先必须关闭风电场，然后必须测试所有合并点，以验证谐波电压的稳定性和电压的总谐波是否正常。如果风电场保持正常运行，它必须测试各种功率间隔、谐波电压等。以了解风电场的谐波电流是否符合标准。

2.4关于风电机组低电压穿越能力的试验

电压的突然下降不仅会影响电网，还会影响风力发电场的发电机组运行。此时，需要使用限流电抗进行控制。进行试验时，有必要根据现场情况调整限流电抗值，以减少电压降对电网的不利影响，并且不会显著影响风力涡轮机的瞬态响应。分流开关可用于在电压降出现之前或之后短路限流电抗。短路开关被短路电抗闭合，两相或三相连接短路电抗模拟电网故障以测试电压降。在测试期间，电抗电阻可以被调整以实现不同程度的电压降。

3加强电能质量控制的措施

3.1控制谐波

3.1.1加快换流装置的脉动数值由换流装置“制造”的谐波均显现于特征谐波层面，只有一小部分显示非特征谐波。因为在特征谐波关系中，脉动的数量与频谱成正比，并且当两者都增加时，产生的谐波电流将减少。在此基础上，扩大整流脉冲的值可以确保波形平滑，并减少谐波电流。例如，当脉动数量从6增加到12时，振幅过大的低频项可以被取消，这确保谐波电流降低有效值。

3.1.2配置无缘滤波器。高通滤波器和调谐滤波器是不可用的主要滤波器类型，其中高通滤波器针对特定滤波器或先前滤波器产生的谐波“融化”，而调谐滤波器可以进一步分为用于吸收一个或两个相邻谐波的双调谐和单调谐。此外，在基波电压状态下，缺失滤波器可以通过提供基波无功功率同时补偿谐波源的无功状态来降低谐波负载。从实际运行情况来看，由于其组成方便、效率高、经济投资低、便于后期维护和平稳运行等优点，添加漏磁滤波器已成为目前常用的谐波控制的主要手段。

3.2有效控制电压波动与闪变

为了实现对电压闪变的有效控制，当负载电流急剧波动时，应实时补偿负载变化引起的无功电流，从而达到实时补偿负载电流的目的，这就需要使用有源电力滤波器。该有源电力滤波器具有更快的响应速度、更高的闪烁补偿率、更小的补偿容量和更强的控制能力，能够安全稳定地运行，从而抑制电压波动并实现电压稳定。在中低压配电网中，有功功率的快速波动会引起电压闪变，这就要求补偿装置必须具有更好的功能。一方面，它必须补偿无功功率，另一方面，它必须补偿瞬时有功功率。在电能质量改善方面，带储能单元的补偿装置比以往的无功补偿装置具有更多的优势，因此得到了广泛的应用。例如，动态电压恢复器可以实现毫秒级故障电压和正常电压之间的差值输入，并通过实时补偿有效抑制电压波动。该集成补偿装置可以实现电流和电压质量的统一补偿。这种补偿方法将储能单元串联或并联，解决了用户电能的综合补偿问题，提高了电能质量。

结束语

在日常生活中，人们越来越离不开电能的使用，因此对于社会的发展来说，风力发电技术对于风力发电机组的控制有多重要。可以夸张地说，如果电能质量能够得到改善，这也将是风力发电史上的重要一步。如何合理有效地利用风能发电，提高电能质量，是人们不断追求的方向，也是与现代技术相结合的不断进步的一步。

参考文献

[1]陈荣.直驱式风力发电技术及其发展[J].盐城工学院学报自然科学版，2017(2):1～6.

[2]胡胜.双馈型风力发电机在电网故障和不平衡条件下控制技术研究[D].武汉：武汉华中科技大学，2017.

[3]吴斌.风力发电系统的功率变换与控制[M].北京：北京机械工业出版社，2017.