对风力发电并网技术与其电能质量控制策略浅论刘昌盛

对风力发电并网技术与其电能质量控制策略浅论刘昌盛

刘昌盛

国电联合动力技术（连云港）有限公司江苏连云港222000

摘要：随着科技的发展，利用电源是发展社会经济的重要能源，风能是洁净的可再生可持续发展的绿色能源，采用风力发电是受到大力倡导支持的，因此在我国的电力行业中占据的比例也越来越高。本文就就如何提升风力发电并网技术及电能质量的问题展开谈论，并提出相应对策。

关键词：风力发电；并网技术；电能质量；提升

引言

当前，我国电力系统发展水平有了非常显著的提升，同时系统的运行成本也在不断的下降，电力电子技术在应用的过程中可以对扇片的运行速度加以有效的调整，这样就可以产生更多的风能，此外，该技术可以很好的对以往系统比较容易出现的问题提供有效的解决办法，所以对提升供电质量有着十分积极的意义。

1变速恒频风电系统

变速恒频风力发电系统有下列优点：首先其可以按照风速的具体变化情况来确定装置的运行模式，风力机在旋转的过程中，其转速有着非常明显的不同，这样也可以十分有效的降低其对风力等机械装置所产生的机械应力。其次是可以对最佳转速实现跟踪功能。风力发电机组在风力正常的变速方位之内都能够获得最佳功率输出条件。再次是风力机可以风速的变化起到一定的调节和缓冲的作用，这样一来也就使得输出功率的波动明显降低。最后是借助对风电机组的有功和无功输出率对其进行有效的控制，同时还能采取有效的措施对风机的有功输出和无功输出进行适当的调整和改进，这样一来也就可以更好的对电压加以控制。

2恒速恒频风电系统

当前，国内应用比较普遍的额是恒速恒频发电机组，但是在这种机组中，电力电子装置的数量比较有些，还有一些机组的转子回路直接介入了电阻，采用电力电子元件对转子的电流来加以调整，从而使得转速得到了有效的控制，这种风电系统在运行中主要的不足就是如果风速在很短的时间内就大幅度上升，风能就不能顺利的传递给主轴、齿轮箱和发电机，这样一来就会出现非常明显的机械应力，很多构件在使用的过程中也会产生比较严重的机械性损坏。此外这种风机机组没有办法保证电压的稳定性。其次由于该系统所发出的电能会受到风速的影响，所以，如果系统产生了故障，就会使得系统无法正常的运行，风电机组电能质量也会受到十分不利的影响。比如，电压闪变和无功波动的时候，一般会在这种系统当中使用静止无功补偿器对其进行补偿，此外还要借助软启动的方式来控制发电机组启动过程中的电流值。

3磁多极同步发电机的风电系统

在永磁多极同步风力发电机组中。在发电机和电网之间安装有电力电子变流器。可实现对有功和无功的解耦控制。且当风速发生变化时也町以保证所发电能的电能质量。该系统的工作原理如下：首先。采用永磁多极同步发电机发出频率变化的交流电。然后通过整流装置将该频率变化的交流电整流成为直流电。最后再通过逆变器将直流电变换为在、的交流电送人电网。这种系统在并网时没有电流冲击。可以对发电机的无功功率进行调节。但是。所有的电能都要通过变流器送入电网。冈此变流器容量和风力发电系统的容量相同。电力电子变流器设备成本较高。并且有高频电流谐波注入电网。与传统的风力发电机相比。永磁多极同步风力发电机组可以更多地捕获风能和提高风电机组发出电力的电能质量。虽然成本较大，但对系统的稳定运行有利。永磁多极同步发电机的转子为永磁式结构。无需外部提供励磁电源。其变速恒频控制是在定子电路实现的。把永磁发电机的交流电通过变流器转变为与电网同频率的交流电。因此变流器的容最与系统的额定容量相同。采用永磁发电机可做到风力机与发电机的直接耦合。省去了齿轮箱。即为n接驱动式结构。可大幅减少系统运行时由于齿轮箱等机械装置导致的故障。从而提高整个风电机组的可靠性。

4风电系统的软并网装置和无功补偿设备

在直接与电网相连的风电系统中常用鼠笼型异步发电机，如果直接并网会使得并网电流较大。因此常采用电力电子软并网装置进行软并网。异步发电机通过晶闸管平稳并网。叮以将并网电流限制在额定电流的1.5倍以下。从而得到一个较为平滑的并网暂态过程，有效避免了保护装置的误动作。实现风力发电机的顺利并网。由于异步发电机的功率因数一般较低。为了提高功率冈数。通常在异步发电机出13处接有无功补偿设备。常用的无功补偿设备有并联电容器补偿装置、静止无功补偿器、静止无功发生器等。并联电容器补偿装置采用接触器或电力电子开关在风电运行中按照一定的顺序进行分组投入或切出。能够将补偿前较低的功率因数提高到约0.98。静止无功补偿器由多台（组）可投切电容器、快速可调整容最的电抗器以及各次谐波滤波装置组成。装置的响应速度快。能迅速跟踪变化的无功。可较大幅度调节由风速变化引起的电压变化。滤除谐波。从而提高电能质量。静止无功发生器在运行的过程中主要借助了先进的检测方法来获取需要进行补偿的无功电流，之后再借助电力电子变流器在这一部分发出电流，装置的运行速度较快，同时也能对无功的变化情况进行详细的跟踪，此外还能风速因素影响的电压变化及时的予以调整，减少谐波，这样也就显著的提高了供电的电能的质量和水平。

5双馈风力发电系统

双馈电机主要是借助变频器对转子当中的励磁电流进行适当的调整，从而可以很好的对变速恒频加以控制，这个时候，转子电路的功率一般都是有电流励磁发出电机的转速运行参数，其也对转差功率有着十分重大的影响。这种转差的功率只是定子额定功率非常小的一部分，因此对变频器性能的以及控制上的要求并不是很高，此外，控制中所使用的成本也得到了非常有效的控制，同时它还可以对有功、无功功率进行独立使得解耦控制。其主要有以下几个优点：首先是转子侧仪器能够传递转差能量。变频器的容量要求也不是十分的严格，同时发电机会在额定转速一半的范围之内正常运转。其次是双馈电机当中的变频谐波并不是非常多，这样也就使得滤波器的数量有所减少，降低了运营的成本，再次是能够对发出和吸收的无功功率进行调节，这样也就能够进行无功调节，对电压也能开展有效的控制。

结语

风力发电并网技术是一种非常领先的可持续发展的绿色技术，虽然目前受限于科技与技术发展等问题的制约和阻碍，而未能得到更大规模的普遍运用。但是随着科学技术的不断创新发展，经过科研人员的努力钻研，相信在不远的未来，风力发电并网技术必将能攻克一切技术难关，成为发电事业的引领者和主力军。然而，风力发电并网技术的应用尚存在部分问题，导致风力发电无法广泛运用于各发电企业。作为发电企业，应加大对风能的研究力度，积极提高风力发电设备的工作效率，避免风力发电并网过程中形成冲击电流以及谐波，从而提升我国风力发电水平，为我国提供更为丰富的电力能源。随着科学技术和社会经济的发展，科学技术广泛应用在社会的各个领域，工业机械行业也涌现出新技术和新工艺。随着虚拟工程技术在工业机械领域的应用，它在一定程度上改变了传统的机械设计方式，数字模拟技术实现了对工业产品性能方面的预测，有效地提高了工业产品的生产效率和质量。随着虚拟样机技术发展，未来在工业机械设计方面发挥的作用将越来越明显，其具有良好的应用和发展前景，对工业机械现代化进程起着重要的推动作用，对于国家的发展具有重要意义。

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，2016，23（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，2015，46（2）：8-12

［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，2015，7（21）：24-26