风力发电并网技术与电能质量控制研究

风力发电并网技术与电能质量控制研究

王志强

（国华（诸城）风力发电有限公司山东省潍坊市262200）

摘要：随着世界人口数量的不断增多，目前世界的能源总量在不断的减少，能源短缺的危机已经蔓延了世界上的各个国家，面对这样严峻的现实问题，积极需求可再生绿色能源是唯一的出路，一些发达国家早在几十年前就已经意识到这样的问题，并且不断深入利用清洁能源进行发电的研究。在所有的清洁能源发电研究中，风能一直是所有研究人员又爱又恨的对象，由于风力发电成本较低，对于环境的影响小，但与此同时风能不可控性、稳定性较差，所以随着科学技术的不断发展，人们越来越意识到过去小型风力发电机模式已经无法满足人们对于用电的庞大需求量，风力发电并网技术应运而生，该技术自实际应用以来取得了很好的成绩，并且在电能质量控制方面也在发挥着作用。

关键词：风力发电并网技术；电能质量控制；研究

引言：能源紧缺和环境恶化这两个最为现实的问题在严重阻碍着各个城市的发展进程，所以为了更好的可持续发展，利用可再生的自然资源进行发电具有十分重要的现实意义，可以极大的缓解能源紧缺的危机。目前在利用自然资源进行发电的过程中，我国对于风能的重视程度逐渐提高，而且在技术方面也有了较大的突破，特别是对于发电设备进行了革新与改进，从以前的小型发电机到现在的风力发电场，我国的风力发电并网技术已经有了相当大幅的的提升，利用该技术不仅可以提升利用率降低成本，最为之重要的就是可以有效的对电能质量进行控制，本文也对于这两者进行探究，首先对于风力发电并网技术进行分析，其次简要介绍电能质量控制，最后对于二者进行总结。

一、风力发电并网技术

1、风力发电并网技术的优势

风力资源是自然界的馈赠，很多城市都有着相当丰富的风力资源，目前各个城市充分利用风能进行发电越来越普遍，而且甚至已经成为当今社会的主题，但是随着社会的发展过去传统的风力发电技术已经无法适应于现阶段快速发展的社会，所有必须对风力发电技术进行深入研究，使用更为先进的风力发电并网技术。这种技术与过去传统的发电技术相比具有的优势就在于可以更加充分的利用风力资源提升利用率，同时还可以有效的节省成本，该技术最大的特点就在于“并网”。并网一般而言在电力行业中可以解释为：发电机组的输电线路与输电网接通（开始向外输电）。通过这种方式不仅可以满足城市居民的用电需求，同时也可以将电力资源及时输出，而且在供应方面也达到了较高的水平，充分保证了电力的持续、稳定的提供。

2、风力发电并网技术种类

风力发电并网技术要求发电机输出的电压在幅值、频率以及相位上和电网系统的电压要完全相同。随着风力发电机组容量的逐渐加大，风电在并网时对于电网的冲击也越来越大。所以为了保证电力的安全运输必须要选择合理的并网技术。目前在进行并网技术的选择时一般有以下两种选择：

第一、同步风力发电机组并网技术。风力发电并网技术的选用极为重要，该技术需要发电机所输出的电压频率、幅值及相位方面都同电网系统的电压保持一致。若风力发电机机组整体容量不断上升，风力发电在并网过程中针对电网所产生的冲击力也会相应增加。若并网冲击力过大，不仅会使得电力系统的电压值有所下降，同时也会导致发电机、塔架以及机械部分形成一定的磨损。若是并网冲击时间过长，甚至会导致系统被瓦解，其他挂网机组的运行也会受到不同程度的影响。故而，企业应选用合适的并网技术。同步发电机在实际工作时，不仅能够输出有功功率，同时也可形成无功功率，确保周波稳定，所形成的电能质量较高，故而被大部分企业应用于电力系统当中。然而在实际应用过程中，由于风速难以控制，使得转子的转矩难以保持稳定运行，并网过程中，转矩调速性能难以符合同步发电机所需要的精度，若实现并网之后，工作人员未对其进行控制，尤其处于重载状态下，则有几率出现无功振荡或是失步等问题。这也成为阻碍同步风力发电机组并网技术应用的主要障碍。如今，电力电子技术日趋完善，部分企业可借助技术以避免上述问题的产生，如将变频装置安设于电机与电网之中。

第二，异步风力发电机组并网技术。相比同步风力发电机组并网技术，异步风力发电在实际工作当中，并不需要机组调速具有较高的精度，也无需与设备保持同步或是整步操作，只需转速与同步转速基本相同，便可实施并网。因为异步风力发电机只需依靠转差率，便能完成对负荷的调节。风力发电机组搭配异步发电机使用的最大优势在于该搭配无需复杂的控制装置。实现并网之后，也不会形成无振荡或是失步等问题，运行较为稳定，可靠性强。然而，该技术同样存在一定缺陷：第一，如工作人员直接进行并网操作，容易形成大冲击电流，进而令电压逐渐下降，对系统的稳定运行造成不利影响。第二，系统自身无法形成无功功率，因此需要工作人员补偿一定无功功率。第三，不稳定系统频率值超过上限，使得同步转速也相应加快，进而导致异步发电机自发电状态转化为电动状态。倘若不稳定系统频率值下降，也会令异步发电机电流大幅增加，从而形成过载现象。因此，若企业选用异步风力发电机组并网技术，需有工作人员采取一定措施确保异步风力发电机组处于稳定运行的状态。

二、电能质量控制

在日常生活中，人们已经越来越离不开对电能的使用，所以对于社会的发展来说风力发电并网技术对于风力发电动力组的控制是多么的重要。可以夸张的来说，如果能够使电能质量得到改善，那么也将是风电史上的重要一步。如何合理高效的利用风能发电，提高电能的质量是人们不断追求的方向，是结合现代技术不断前进的步伐。

1、对电能质量进行改善

随着供电量可以保证稳定上升之后，人们对于电能质量提出了更高的要求，电能质量的改善越来越成为各个供电单位普遍关注的重点问题。虽然理论上，可以有最优质的电能也就是完美并对称的正弦波，但是现实中电能会受到各种内部外界因素的影响根本无法呈现完美的正弦波，但是当受到影响较大时就会出现电能质量的问题。目前我国的很多城市都存在着电能质量的问题，特别是一些资源比较贫瘠的地区，这种现象更为严重，电能质量问题直接影响到了人们的日常生活，所以必须要改进方法去改善电能的质量。例如在实践中我们可以对电功率因素进行改善，让无功能够达到平衡，但是在改善时要注意对供电半径的使用，再者对供电的线路的改善，使导线的截面更为合理，但在对线路进行改善时要充分的考虑配电设备，防止短路和超负荷运行，然后再进行调压举措，比如对变压器进行安装调压设备、线路串联的补偿、安装静电电容等方式，这些方式都能有效的改善电能在传输过程中的质量，与此同时，还应该根据实际情况来进行创新，可以派遣专人去对用电用户进行专门的调查，以便找出更多不足的地方，并且要及时上报进行改善，确保电能质量。

2、对电能质量的提高

因最近几年风力发电机组并网的应用规模不断扩大，其对电能质量的影响也越来越大，有一些影响会阻碍电网电能质量的进一步提高。比较常见的问题就是电压波动和闪变。由于电压风力资源本身就具有不稳定性，再加上风力发电机组本身所运行的特点，使得风力发电机组自身输出功率很难得到稳定，从而会对电网电能的质量造成许多不利影响。现如今，风力发电机组通常会使用软并网的方式来实现并网，不过在设备启动时仍然会形成冲击电流，并且其电流值很大。假若切出风速低于风速，那么处在出力工作状态中的风机便会自动停止运行。除此之外，风速难以控制和风机所形成的塔影效应也会给风机处理带来影响，导致风机出力出现波动现象，并且其波动值处在可以形成电压闪变的范围内，因此，虽然风机会正常运行，但也会使电网出现闪变现象。

3、抑制电压波动以及闪变

第一，将有源电力滤波设备添加于系统当中。实际工作当中，工作人员若要避免电压发生闪变现象。便需要在发生负荷电流出现剧烈波动时，及时补偿由于负荷变化所形成的无功电流，令其可以及时补偿负荷电流。不仅如此，因为有源电力滤波设备所使用的电子零件为可关断电子设备，所以，工作人员可以使用电子控制设备替换系统电源，并将畸变电流传输至电压负荷，借此确保系统将正弦基波电流只提供给负荷。有源电力滤波设备具备如下优点：其一，反应速度快，能够在短时间内响应。其二，所形成的电压波动范围大。其三，具有较高的闪变补偿率。其四，设备可靠性强，能够稳定运行。第二，将动态电压恢复设备添加于系统当中。若配电网属于中低压类型配电网，则有功功率在高速波动过程中，同样会发生电压闪变的问题。此时，需要补偿装置的性能更为优秀，不仅需要补偿装置提供无功功率的补偿，还需要其补偿一定数值的有功功率。由于补偿设备自身带有储能单元，所以可以有效提高电能整体质量。故而，大部分企业开始利用带有储能单元的补偿设备替代原有无功补偿设备。动态电压恢复设备自带储能单元，可于一定范围内按常规电压同故障电压之间的差额，将电压输入系统当中。该类型补偿方法能够及时避免系统形成电压波动，使得客户可以正常使用电能。就目前而言，于系统当中添加动态电压恢复设备是解决谐波以及电压波动等电能质量问题最为有效的方式。

除此以外，工作人员还需对电能质量控制设备与其余补偿设备进行统一。若要使统一补偿得以实现，需在系统当中添加综合类补偿设备。工作人员可将电能质量控制设备进行统一，并将其串联补偿设备与并联补偿设备有机结合。如此一来，补偿设备当中既包含有储能单元的串联组合，也包含有储能单元的并联组合，不仅可以将其添加于配电系统当中，使其发挥补偿谐波的作用，同时也可以有效提高电能质量。

三、风力发电并网技术和电能质量控制

风力发电并网技术经过多年来的发展和电能质量控制有着密不可分的关系，经过多年来的实践，风力发电并网技术对电能控制有很好的促进作用，而电能控制直接影响电能质量，电能质量无疑对风力发电并网技术是一种很好的检验方式，它们相辅相成，对人们的生活中有很好的积极作用。虽然目前风力发电并网技术并不是最成熟的时候，还存在着一定的欠缺，但是在发电效率上、电能质量控制上、能源节约上都有很好作用，使得在资源越来越匮乏的今天，开创了一种积极的发电技术，所以风力发电并网技术在我国的电力行业中的作用还是非常巨大的，影响也是极其深远的。

结语：虽然过去传统的小型发电机模式还大量的存在于我国的各大小城市中，但是随着技术的进一步发展，社会对于电能质量要求的进一步提升，现在的风力发电并网技术无疑是更有着生命力，而且更加顺应于市场的需求，这种并网技术会逐步替代过去的小型发电机。特别是现在的风力发电并网技术在电能质量控制方面发挥着突出的功能，可以在保证自身工作的效率同时提升电能的质量，这样才能更好的保障人民的正常生产、生活。但是由于我国的风力发电并网技术起步比较晚，在实际工作中经验还不够丰富，还会存在一些技术方面的瑕疵，这些都需要我们继续加大研究力度，更好的改善技术，推动我国的风力发电事业良性发展。

参考文献：

[1]米凌志.风力发电并网及电能质量控制的相关探讨[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2017（08）：149-150.

[2]孙晓鑫.风力发电并网技术及电能质量控制策略[A]..中国风电生产运营管理（2013）[C].：，2013：5.

[3]齐洁，常耀华.对风力发电并网技术与其电能质量控制策略浅论[J].企业研究，2014（02）：153.

[4]邹金运.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].黑龙江科技信息.2015（35）

[5]米凌志.风力发电并网及电能质量控制的相关探讨[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2017（08）

[6]苗蒙.风力发电和光伏发电并网问题的探究[J].东北电力技术.2016（03）