風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制策略

樊裕博

中廣核風(fēng)力發(fā)電有限公司黑龍江分公司，黑龍江哈爾濱 150000

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制策略

樊裕博

中廣核風(fēng)力發(fā)電有限公司黑龍江分公司，黑龍江哈爾濱 150000

風(fēng)能是作為可再生、清潔能源，得到了國(guó)家的大力支持。由于風(fēng)力發(fā)電廠規(guī)模越來越大，在我國(guó)電力事業(yè)中占有的比重也逐漸的升高，再加之風(fēng)能的特殊性，所以風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)通常位于人煙稀少的區(qū)域，因此需要承受更大的沖擊，如不加以解決，很有可能會(huì)對(duì)整個(gè)電力網(wǎng)造成諧波污染或者是其他方面的質(zhì)量問題。本文主要通過對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的介紹，詳細(xì)的分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與運(yùn)行試驗(yàn)，進(jìn)而探討了風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量控制策略，僅供參考借鑒。

風(fēng)力發(fā)電；并網(wǎng)技術(shù)；電能質(zhì)量；控制策略

風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)技術(shù)主要包含兩種技術(shù)，一種是同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)；另一種是異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)。前者還處于研究階段，只是大規(guī)模試用，而后者應(yīng)用范圍比較廣，但是運(yùn)用期間需要注意的問題比較多。

1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

1.1 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)際上，就是同步發(fā)電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有機(jī)融合。同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間，不但可以輸出有功功率，還能夠提供無功功率，與此同時(shí)，還能夠保證周波穩(wěn)定，整體電能質(zhì)量明顯提升，因此我國(guó)很多電力系統(tǒng)中都選擇應(yīng)用同步發(fā)電機(jī)。如何能夠?qū)⑼桨l(fā)電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)有機(jī)融合，一直是電力專家學(xué)者重點(diǎn)研究的對(duì)象。絕大多數(shù)情況下，因?yàn)轱L(fēng)速波動(dòng)比較明顯，會(huì)使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，這就會(huì)使得并網(wǎng)調(diào)速無法滿足同步發(fā)電機(jī)的精度要求。如果并網(wǎng)之后，工作人員未能充分的考慮到上述問題，尤其是重載運(yùn)行時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)非常有可能出現(xiàn)無功振蕩或者是失步現(xiàn)象。也正是因?yàn)槿绱耍桨l(fā)電機(jī)一直都未得到大規(guī)模的應(yīng)用。隨著變頻裝置的研發(fā)與應(yīng)用，上述問題已經(jīng)得到了很好的解決。所以越來越多的專家學(xué)者同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)又開始重視。

1.2 異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)對(duì)調(diào)速精度沒有過高，既不需要同步設(shè)備，也不需要整步操作，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速基本上保持一致或者是不要相差過大即可。風(fēng)力發(fā)電機(jī)與異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)有機(jī)融合之后，整體的控制裝置并不復(fù)雜，并網(wǎng)之后基本上不會(huì)再出現(xiàn)無功振蕩或者是失步問題，整體運(yùn)行非常安全可靠。不過，異步發(fā)電機(jī)機(jī)組并網(wǎng)并不容易，需要解決很多問題。比如如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)與異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)，很有可能發(fā)生大沖擊電流，此時(shí)電壓會(huì)降低，這就導(dǎo)致電力系統(tǒng)容易出現(xiàn)運(yùn)行隱患。與此同時(shí)，電力系統(tǒng)自身還存在無功補(bǔ)償問題，而如果又發(fā)生磁路飽和現(xiàn)象，則無功激磁電流會(huì)進(jìn)一步的增加，功率因素會(huì)因此明顯降低。因此要想保證異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)之后，安全可靠運(yùn)行，有關(guān)部門務(wù)必要注重監(jiān)督，采取預(yù)防策略。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與運(yùn)行試驗(yàn)

2.1 軟并網(wǎng)功能試驗(yàn)

工作人員提高機(jī)組主軸速度，如果異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在92%～99%之間，可以啟動(dòng)并網(wǎng)接觸器。此時(shí)發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)連接起來，只是兩者之間是由雙向晶閘管充當(dāng)媒介。另外，還要對(duì)晶閘管進(jìn)行一定的控制，主要是控制其在觸發(fā)單元方面的問題，這樣是為了能夠保證晶閘管的導(dǎo)通角能夠按照要求不斷調(diào)整和變化，從而達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹Ｒ话銇碇v，在調(diào)整導(dǎo)通角時(shí)，其打開速率不能超出要求范圍，且暫態(tài)過程在結(jié)束之后，還要將旁路開關(guān)接通，將晶閘管隔離開來。

2.2 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置功能特性測(cè)試試驗(yàn)

在該試驗(yàn)中，機(jī)組處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，技術(shù)人員在對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整后，可以使其輸出功率發(fā)生變化，從而使機(jī)組的負(fù)載情況發(fā)生變化，此時(shí)就可以通過觀察來了解電容補(bǔ)償投切的相關(guān)動(dòng)作是否符合要求。在本試驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)注意該試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)在工況比較惡劣的情況下來完成，這樣才能最大程度的保證試驗(yàn)的可靠性。一般應(yīng)在風(fēng)電大/小發(fā)工況的兩種情況下進(jìn)行。因?yàn)樵陲L(fēng)電小發(fā)工況下，充電功率比較多，這會(huì)導(dǎo)致220kV母線電壓擁有比較高的水平。所以在小發(fā)工況下，工作人員只能夠進(jìn)行無功補(bǔ)償試驗(yàn)。而在大發(fā)工況下，線路重載明顯，會(huì)產(chǎn)生大量的無功損耗，母線電壓則呈現(xiàn)出比較低的狀態(tài)，所以在大發(fā)工況下，工作人員只能夠進(jìn)行容性無功補(bǔ)償試驗(yàn)。但是無論哪一種工況下，都需要展開無功綜合控制試驗(yàn)以及快速相應(yīng)試驗(yàn)，以此確定無功補(bǔ)償控制策略是否滿足條件，同時(shí)檢測(cè)SVG裝置是否處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.3 風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量測(cè)試試驗(yàn)

風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量測(cè)試指標(biāo)主要有電壓偏差、諧波等。與此同時(shí)，還需要風(fēng)電場(chǎng)停運(yùn)過程中的各項(xiàng)并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)主要的要點(diǎn)內(nèi)容是各次諧波電壓是否穩(wěn)定以及電壓總諧波是否發(fā)生畸變等。風(fēng)電場(chǎng)如果處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，則需要對(duì)各個(gè)功率區(qū)間進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，于此同時(shí)還需要對(duì)長(zhǎng)時(shí)間閃變以及諧波電壓等進(jìn)行試驗(yàn)，以此確定風(fēng)電場(chǎng)諧波電流是否符合要求，達(dá)到諧波值的95%。

3 風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量控制策略

3.1 諧波的抑制

使用靜止無功補(bǔ)償器可以抑制諧波。該設(shè)備主要是由電抗器、諧波過濾裝置等共同構(gòu)成。靜止無功補(bǔ)償器最顯著的特征就是具有非常強(qiáng)的反應(yīng)能力，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無功功率，而且還能夠?qū)﹄妷鹤兓M(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，以此將諧波完全的濾除，以此保證風(fēng)電發(fā)電電能質(zhì)量。

3.2 電壓波動(dòng)與閃變抑制

1）有源電力濾波器。電壓閃變是影響風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量的重要因素。當(dāng)電壓閃變發(fā)生時(shí)，工作人員應(yīng)該在負(fù)荷電流急劇波動(dòng)時(shí)，能夠完成無功電流的補(bǔ)償工作。有源電力濾波器的作用就在于此。該設(shè)備優(yōu)勢(shì)突出，具有快速響應(yīng)能力、同時(shí)具有補(bǔ)償容量小的特征，最為重要的是運(yùn)行過程中，非常安全穩(wěn)定，具有非常強(qiáng)的控制力，所以對(duì)控制電壓波動(dòng)具有積極的作用。

2）動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器。有功功率出現(xiàn)迅速波動(dòng)情況，也會(huì)使得電壓發(fā)生閃變，此時(shí)就要求補(bǔ)償裝置既要對(duì)無功功率加以補(bǔ)償，又要對(duì)有功功率加以補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器中有儲(chǔ)能單元，可以在非常短的時(shí)間內(nèi)就可以向系統(tǒng)傳輸電壓，以此解決電壓波動(dòng)問題。目前，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，是現(xiàn)如今風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量控制的最主要手段。

3）統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器。如果既要對(duì)電壓加以補(bǔ)償，又要對(duì)電流加以補(bǔ)償，則就選擇應(yīng)用綜合類補(bǔ)償裝置，而統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器就是典型的綜合類補(bǔ)償裝置。該裝置可以將串聯(lián)、并聯(lián)有效的融合起來，以便用戶能夠解決綜合補(bǔ)償問題。由于統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器功能強(qiáng)大，既能夠進(jìn)行諧波補(bǔ)償，又能夠控制電能質(zhì)量，因此得以廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)論

綜上所述，可知雖然風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)十分先進(jìn)，但是因?yàn)檫€有些技術(shù)問題未能解決，所以我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電一直都未得到普及。風(fēng)力發(fā)電過程中，由于諧波、電壓波動(dòng)與閃變的問題，使得電能質(zhì)量大受影響，工作人員應(yīng)該運(yùn)用相應(yīng)的裝置設(shè)備解決上述問題。

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圖1 交流電源濾波和屏蔽線路圖

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TM6

A

1674-6708（2015）150-0043-02