风力发电并网技术及电能质量控制研究

风力发电并网技术及电能质量控制研究

史超

上海日立能源电力变压器有限公司  上海  201206

摘要：风电新能源是可再生资源，它污染小、储量大，有非常广阔的发展空间。我国的风力资源丰富，尤其是西北、西南及沿海地区，风天多，风速大，可利用率高，适合发展风电能源。近年来，在国家绿色发展战略的支持推动下，我国关于风电能源的技术越来越成熟，风力发电装机总量以及并网规模逐年上升，为我国的工农业生产、居民生活提供了更多的电能。由于风力发电并网涉及很多方面的内容，因此，需要根据风电新能源的特点，采取相应的技术措施，改善并网性能，提高供电质量，优化我国的电力供应结构。

关键词：风力发电并网技术；电能质量；控制措施

1风力发电技术

风能是储量最高的新能源之一，风电也是新能源发电中的重点领域。风力发电的技术原理十分简单，主要是利用相应的机械装置，将风能转化为机械能，然后驱动发电机发电。风力发电机的类型有很多，依照轴向可以分为水平轴和垂直轴，依照功率调节方式可以分为定桨、变桨和失速型。风机设备主要包括了机舱、叶轮、塔架等，以变桨式风力发电机为例，叶轮的主要功能是捕获风能，包含了轮毂、叶片和变桨系统等，叶片会对其风能吸收能力产生直接影响，在风速超出限值的情况下，利用叶尖的制动效应，可以实现对于叶片转速的有效控制。叶片本身暴露在自然环境中，会受到覆冰、腐蚀等因素的影响，在风力较大的情况下，叶片还可能出现开裂甚至断裂的情况，需要做好相应的防护工作。从并网需求着眼，风机中配备的发电机可以分为三种，分别是变速发电机、双馈发电机和双速异步发电机。想要对风机转速以及输出功率进行精准控制，通常可以采用最大功率追踪策略。在风机控制技术不断革新的情况下，也出现了许多更加高效的并网技术，如模糊控制技术等，可以利用智能算法，针对叶片间距进行有效控制，预估风轮的气动性能，从而促进风机整体性能的提高。考虑到电力系统对并网的要求较高，风电并网点必须与无功补偿电压稳定性一致，对此，可以在风电场中利用相应的无功补偿设备，做好无功电压控制，实现实施动态补偿，以此来减少系统振荡问题，保持电网运行的稳定性。电网运行中，经常会出现电压跌落的情况，降低风机并网侧的电压水平，如果没有进行解列处理，则在交直流转换中，风机转子侧可能出现涌流问题，造成设备损坏甚至导致风电场脱网。对此，在风力发电中，需要关注低电压穿越能力，借助AVC、SVG等策略，确保风机能够在低电压下维持正常运行[1]。

2风力发电并网技术

2.1同步发电机组并网技术

同步发电机组并网技术将多个风力发电机组连接到电网中，实现并行运行和共享负荷的技术。可以实现风力发电机组与电网的紧密协调，是一种比较成熟的并网技术。电力系统调度控制中心依托信息化技术手段对风力发电机组的运行数据进行采集和分析，实时监测风力发电机组的运行状态、接收调度指令，合理分配功率和负荷，实现各个风力发电机组的最佳运行状态，提高整体发电效率，确保电力系统的稳定运行。同时，同步发电机组并网技术的应用还能对并联发电机组进行有力保护，任意一个发电机组出现故障时，都可以及时切断系统与该发电机组的联系，确保其他发电机组的正常运转。在运用同步发电机组并网技术时，要提前检查风力发电机组与电网的相序、电压、频率、相位，必须保证满足并网条件，即上述数据完全相同，或是除相序外的数据差值在允许范围内，否则在开关的两端会产生明显的电压差，当开关闭合以后，风力发电机组和电网组成的电路中会出现冲击电流。一旦电流强度超过风力发电机组的最大承受值，就会迅速破坏风力发电机组的部件，给电网运行埋下安全隐患。同时，还要严格控制合闸的时机，运用电压表对电网和风力发电机组的电压进行检测，以电网电压为基准，调节风力发电机组的励磁电流，直到风力发电机组的输出电压与电网电压相同为止。然后使用同步指示器调节频率和相位，所有数据检测无误即可合闸[2]。

2.2异步发电机组并网技术

(1）直接并网。风力发电机组的运转对风速有一定要求，当外界环境风速符合风力发电机组的启动条件时，异步发电机组的转速就会接近100%，即可合闸并网，是一种操作简单的并网技术。在合闸并网时，异步发电机组会从原本的无电流状态迅速流过超过额定电流5倍左右的冲击电流，对于容量较大的电网系统并不会产生较为严重的影响，但是对于容量较小的电网系统，就可能威胁其他电气设备的运行安全，这也限制了异步发电机组直接并网技术的应用。(2）降压并网。需要接入电阻、电抗器、自耦变压器等元件，降低电网电压及合闸并网瞬间的冲击电流，确保电网系统其他电气设备及异步发电机组运行的安全性。等到合闸并网后，要将电阻、电抗短接，以降低系统运行时产生的能耗。这种异步发电机组并网技术仅适用于100kW以上的风力发电机组，耗费的成本与获得的经济效益往往不成比例，在一定程度上制约了降压并网技术的应用范围。(3）软起动并网法。在异步发电机组的运行过程中，风力机带动发电机的转动，直到二者转速接近相同。闭合电路器以后，双向晶闸管的导通角逐渐由0°增加至180°，进而将发电机与电网相连接。双向晶闸管还能对冲击电流加以控制，使冲击电流不超过额定电流的2倍，降低合闸并网对异步发电机组和电网设备的冲击之后，微处理机可以发出闭合开关的信号，将双向晶闸管短接，借由风力发电机组进行发电。需要注意的是，要采取恰当的措施消除合闸并网产生的谐波，以免谐波对电能质量造成不利影响

[3]。

3电能质量控制措施

3.1优化工程建设布局

风电能源并网过程中，为保证电网稳定运行，通常利用闭环结构、开环运行的方式，保证电网的稳定。由于电网是环形状态，而且线路多是在户外进行架设，受外界环境影响比较大，一旦因为外界自然环境因素（刮风、雨雪等）影响出现线路方面的故障，就会转为辐射状态。在线路发生故障时，相关工作人员会利用其他线路进行电力输送，满足正常的电力需求，减少电能损耗。

3.2降低电网功率损耗

电网功率损耗是影响并网质量的重要因素之一。因此，要采用检测技术发现线路中的故障，及时排除，提高电能的传输量。在实际运行中，影响电力稳定最重要的因素就是无功功率补偿，因此，可以利用动态无功补偿来改善系统的暂态特性，让风电场的安全容量有效提高。在利用相应的补偿装置时，补偿装置的容量要和风电场的容量以及电网结构相匹配。此外，可以在结合电网特点的基础上，采用并联电容器的方式降低电网运行负荷，降低功率损耗。

3.3重视和加强风电培养和队伍建设

从研发、设计、生产、测试、标准、检测、认证、质量管理等各个环节，为产业的可持续发展，不断地积累人才，不断地提供专业技术支持；鼓励高等院校、研究机构设置风力发电相关专业，并加强其学科建设；加强国家战略、市场需求和专业建设之间的衔接，以风电产业重大研究计划为基础，建立产学研相结合的人才培养模式，实现高技能人才的培养与工程建设的同步[4]。

4结语：总之，风力发电并网技术的应用及电能质量控制是保证风力资源科学有效利用及风力发电系统可靠运行的关键，能够发挥先进技术设备的优势，创造更可观的经济效益。因此，必须充分明确各类常用风力发电并网技术的适用范围、主要特点及应用原理，针对影响电能质量的相关因素予以严格控制，从而推动风力发电并网技术不断走向成熟，为我国电力行业的可持续发展保驾护航。

参考文献：

[1]秦生升．风力发电并网技术与电能质量控制分析[J]．电子技术，2022,51(1):110-111.

[2]于龙飞，王天阔．风力发电并网技术及电能质量控制研究[J]．科技与创新，2021(23):29-30.

[3]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):261-263.

[4]司惠中，侍相然．光伏发电与风力发电的并网技术分析[J]．中国设备工程，2023(3):224-226.