风力发电并网技术与电能质量控制策略

风力发电并网技术与电能质量控制策略

郭启稳

江苏石油勘探局有限公司油气生产服务中心 江苏扬州 225000

摘 要：随着现代社会经济的快速发展，能源消耗问题逐渐成为我国高质量发展进程中首要需要解决的问题。我国人口数量与人均用电量都在不断攀升，风力发电的出现，能够使传统发电过程中所产生的能源压力得到有效的解决，但风力发电作为可再生清洁能源，在使用的过程中，其不稳定性也为风力发电的普及带来了限制。结合这些问题，如何更好的提高风力发电质量，为我国可持续发展提供稳定的保障，将是广大业界人士必须要认真讨论分析的问题。本文将对风力发电并网技术及电能质量控制策略进行讨论分析，希望能够通过总结经验，为新的技术创新带来启示。

关键词：风力发电；并网技术；电能；质量控制

风力发电作为清洁可再生能源，是我国社会经济发展过程中最重要的能源类型之一，通过使用风力发电可以满足国家所提出的可持续发展战略要求。但是这一过程中也出现了电压波动、谐波污染、闪变问题等情况，影响了风力发电的质量，所以需要采取有效的措施保障风力发电并网技术的高质量发挥。

1. 风力发电并网技术

1. 同步风力发电并网技术

同步风力发电并网技术是由同步发电动力机组与风力发电动力机组所搭配构成的，能够共同构建起一个三相同步发电机输出交流电流。其中整流器会将交流电流在转换为直流电流，经过滤波之后送入到DA\AC逆变器的输入端，经过处理后，所输出的电流将符合国家电网要求，保持较为稳定的电压与频率^[1]。同步风力发电电网系统中，所生成的电能最终会经过交流滤波，之后再进入到整个电网系统内，完成发电功能。这一系列的过程，为了保证风力发电的质量，就需要对输出功率进行同步控制，同时要保证周波的稳定性，可以提供无功功率。同步风力发电并网技术可以获得较高的风力发电质量，所以在现代风力发电系统中有着广泛的应用度，但是在实际生产运行时，由于风速不稳定，风力发电并网技术在应用的过程中，经常会遇到转子转矩不恒定的情况，进而导致同步发电机的调速性能无法满足高精度要求，会出现无功振荡，或者是湿布的情况^[2]。随着现代电子信息技术的快速发展，将变频装置安放在发电机和电网之间，可以实现智能化的控制，解决转子转矩不稳定的问题，也可以使同步风力发电并网技术得到了优化升级，受到了业绩更为广泛的重视。

2. 异步风力发电并网技术

在异步发电机组的应用过程中，调整负荷的主要方法是依靠转差率来进行控制，同时要保障异步发电机的输出功率与转速能够形成线性关系，以此来降低电网系统对机组的调速精准度要求，也可以简化整步操作流程，节约了同步设备的使用量。在并网发电时，只需要确保异步发电机转速与同步转速相近就能够实现生产功能。当前我国普及度较高的异步风力发电并网技术包括：直接并网准同期并网、降压并网以及晶闸管软并网等方式^[3]。虽然这些并网方式普遍具有操作简单，节约同步设备，降低调速精确度等优势，但是在实际的应用过程中，却容易遇到冲击电流过高导致电网电压迅速下降的情况，甚至还会遇到由于风电机组容量提高而导致的冲击电流增大，损坏发电机部件的情况，有时也会导致发电机与电网连接主回路断路。另外，由于异步发电机自身无法输出无功功率，所以要在应用的过程中使用无功补偿的方法，这就容易导致电网系统出现电压过高，造成发电机磁路饱和。

2. 电能质量控制策略

1. 谐波控制

利用风力发电并网技术，必然会遇到谐波问题，为了保障电能质量，可以通过使用谐波过滤器来缓解谐波问题。比如使用静止无功补偿器，可以对无功功率进行快速、及时的监测与跟踪，当风速不稳造成电压波动过大的时候，静止无功补偿器会通过调解而实现滤除谐波的功能，进而保障了电网电能的质量。

2. 抑制电压波动和闪变

风力发电并网技术也容易出现电压闪变问题，需要使用补偿无功功率的方式来应对迅速变化的电流^[4]。比如可以使用有源电力滤波器，配合关断电子器件方式来代替系统内的电源装置。以输出畸变电流的方法保障风力发电并网中正弦的基波电流可以稳定的输入到系统中。这一系列的装置也能够带来响应速度较快，闪变补偿率较高，电压可靠性较强等优势。

中低配风力发电并网技术电网内经常会出现有功功率的快速波动所造成的电压闪变问题。为了保障电能质量，就需要在做好无功功率补偿的同时，使用储能单元补偿装置，对瞬时功率进行补偿。比如通过使用自带储能装置的动态电压恢复器，可以节约补偿电压差值时间，提高工作效率，实现了电压快速和及时的恢复。利用这种实时的补偿方法，能够有效的降低电压波动对用户造成的不良影响。针对电流和电压问题，也可以采取使用统一的电能控制器以及以并联或串联补偿装置的方式来进行统一补偿。这一类装置往往具有储能功能，在实现综合补偿的前提下，还可以同步进行谐波补偿，这样就可以更为及时的解决其他电能控制问题，进一步保障了风力发电的电能质量

^[5]。

3. 改善电能质量

风力发电并网技术使用的过程中，最好的电能状态就是正弦波，但是由于在实际生产运行时，风电并网会受到自身技术以及外界客观因素的干扰，导致波形无法完全处于正弦波的状态，进而出现了许多城市内所使用的电能质量普遍较低的情况，在一定程度上影响了城市居民的用电质量。在分析影响电能波形的各类因素的同时，应该尽可能的保证无功平衡以及供电半径合理，选择与配电设备中导线截面规格相同的导线类型，可以有效的避免配电设备超载或超负荷的情况。与此同时，也可以通过使用调压措施来缓解有载调压装置和串联不畅的负面影响，以此来实现提高风力发电电能质量的目的。

4. 应用软并网装置和无功补偿装置

在异步风力发电并网技术使用过程中，容易遇到巨大电流，进而影响到风力发电的质量。在此情况下，可以使用软电并网技术，利用晶闸管平稳并网的方法，对并网内的电流进行约束，一般是将该巨大的电流限制在额定电流的3/2倍^[6]，以此来避免异步风力发电机并网系统内出现电流骤降的情况，也能够起到保护发电机组部件的功能。利用异步发电机进行风力发电，同时也具有较低功率的特点，此时可以使用无功补偿设备，将其连接在异步发电机组的出口位置，这样就可以提高异步风力发电机并网发电功率。比如，可以将并联电容器补偿装置、静止无功发电器等放置在异步发电机出口位置，能够将并网功率因数提高到0.98。利用这一技术可以有效降低成本，效果也较为显著，但是由于该技术无法实现连续调节，而且响应速度较慢，所以需要进一步的对该技术进行研发，以此来提高其工作能力。

结束语：为了满足我国可持续发展战略要求，应用风力发电将成为必然趋势，而如何有效的保障风力发电并网技术应用过程的电能质量将成为业界人士必须要重点考虑的问题。通过加强斜波控制、电压波动和闪变控制等一系列措施来改善电能质量，可以获得一定的积极效果。

参考文献：

[1] 侯杰. 探究风力发电并网技术的应用及电能质量控制策略[J]. 中国设备工程, 2021(21):3.

[2] 李军. 风力发电并网技术及电能质量控制策略研究[J]. 电力系统装备, 2020(17):2.

[3] 杨维宇. 风力发电并网技术及电能质量控制对策探析[J]. 2020.

[4] 刘德庆. 风力发电并网技术与电能质量控制要点探讨[J]. 电力系统装备, 2021(16):2.

[5] 张杨, 宋伟玮. 风力发电并网技术与电能质量控制要点探讨[J]. 门窗, 2020(16):1.

[6] 吴朝阳, 王宝安. 风力发电并网及电能质量控制的相关探讨[J]. 百科论坛电子杂志, 2020, 000(001):795.