淺析風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能控制策略

路立仁

文章編號：2095-6835（2016）17-0134-01

摘 要：作為一種可再生資源，風(fēng)能的應(yīng)用得到了國家的大力支持。近年來，風(fēng)力發(fā)電廠的規(guī)模日益擴(kuò)大，其在我國電力領(lǐng)域中所占的比例也逐年攀升。但是，基于風(fēng)能的特殊性，風(fēng)力發(fā)電廠往往建在人煙稀少的地方。這樣，其承受的沖擊就會更大，如果不能有效解決這個(gè)問題，整個(gè)電網(wǎng)就極有可能受到諧波的污染，并引發(fā)各種質(zhì)量問題。重點(diǎn)分析和探討了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，提出了科學(xué)的電能控制策略，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；并網(wǎng)技術(shù)；電能控制；諧波污染

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.134

近年來，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，為了改善風(fēng)力發(fā)電的性能，在電網(wǎng)接入與控制等方面提出了新方法。成本越來越低的電力電子技術(shù)不僅可以通過調(diào)整扇片速度來獲取更多的風(fēng)能，還可以為風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中存在的各種電能質(zhì)量問題（比如諧波、無功等）提供科學(xué)、有效的解決方案。正因?yàn)橛须娏﹄娮蛹夹g(shù)的支撐，風(fēng)力發(fā)電備受關(guān)注。作為風(fēng)力發(fā)電中的關(guān)鍵技術(shù)，并網(wǎng)技術(shù)直接決定了風(fēng)力發(fā)電的最終效果，因此，有必要對其進(jìn)行深入的研究，最大化地發(fā)揮這項(xiàng)技術(shù)的效能。

1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

所謂“風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)”，就是指發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率、幅值、相位均與電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓保持一致。然而，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組容量的日益增大，發(fā)電電力的并網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊也越來越大?；诖耍x擇科學(xué)、合理的并網(wǎng)技術(shù)對于風(fēng)力發(fā)電來說是相當(dāng)關(guān)鍵的。

1.1 同步并網(wǎng)技術(shù)

事實(shí)上，同步風(fēng)力發(fā)電組就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)的有機(jī)融合。在同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的過程中，不僅可以有效輸出有功功率，還可以提供無功功率。而周波的穩(wěn)定性也較強(qiáng)，因此，整體電能質(zhì)量會明顯提高。正因?yàn)槿绱?，目前，很多電力系統(tǒng)都選擇采用同步發(fā)電機(jī)。但是，近年來，同步風(fēng)力發(fā)電組（即同步發(fā)電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的融合）逐漸成為了電力專家們重點(diǎn)研究的對象。一般情況下，由于風(fēng)速波動(dòng)相對比較明顯，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩也會因此出現(xiàn)較大的波動(dòng)，所以，這就直接導(dǎo)致并網(wǎng)調(diào)速難以在精度上滿足同步發(fā)電機(jī)的要求。并網(wǎng)之后，如果相關(guān)人員沒有充分考慮到這些問題，整個(gè)電力系統(tǒng)就極有可能出現(xiàn)失步或無功振蕩的情況（尤其是在重載運(yùn)行時(shí)）。基于上述問題，同步發(fā)電機(jī)并沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。而變頻裝置的研發(fā)在一定程度上改善了這些問題，因此，我們有必要再次重視同步并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。

1.2 異步并網(wǎng)技術(shù)

與同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中是靠轉(zhuǎn)差率來調(diào)整負(fù)荷的，因此，調(diào)速精度比較低。在這樣的情況下，我們并不需要進(jìn)行同步設(shè)備與整步操作，只要轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速時(shí)即可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。異步發(fā)電機(jī)組的最大優(yōu)勢在于控制裝置相對比較簡單，并網(wǎng)完成之后不會出現(xiàn)異步或無功振蕩的情況，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性。但是，任何事物都無法做到十全十美，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)在運(yùn)行過程中依然存在不足，比如直接并網(wǎng)有可能會產(chǎn)生大沖擊電流，進(jìn)而導(dǎo)致電壓急劇下降，嚴(yán)重影響整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。與此同時(shí)，電力系統(tǒng)本身是不存在無功功率的，所以，始終有必要進(jìn)行無功補(bǔ)償。然而，過高的系統(tǒng)電壓必然導(dǎo)致磁路飽和，促使無功激磁電流不斷增加，定子電流過載。這樣的情況無疑將導(dǎo)致功率因數(shù)下降?；诖?，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須在嚴(yán)格監(jiān)督的情況下運(yùn)行，而且要采取科學(xué)的方法來保證其安全。

2 電能質(zhì)量控制策略

2.1 電壓波動(dòng)和閃變的控制策略

2.1.1 有源電力濾波器

要想控制善變的電壓，理應(yīng)在負(fù)荷電流發(fā)生急劇波動(dòng)時(shí)進(jìn)行。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)償無功電流，以此來實(shí)時(shí)補(bǔ)償負(fù)荷電流。因?yàn)橛性措娏V波器采用的電子器件是可以關(guān)斷的，所以，電子控制器完全可以替代系統(tǒng)電源，以此來輸出畸變電流到電壓負(fù)荷，只要保證系統(tǒng)只為負(fù)荷提供正弦基波電流即可。從整體情況來看，有源電力濾波器具有電壓波動(dòng)大，響應(yīng)速度快，補(bǔ)償容量小，補(bǔ)償率高，控制能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠等特點(diǎn)。其在電壓波動(dòng)的控制方面必然發(fā)揮較大的作用。

2.1.2 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器

在中低壓配電網(wǎng)中，有功功率的快速波動(dòng)也將導(dǎo)致電壓閃變問題的出現(xiàn)。因此，保證補(bǔ)償裝置的科學(xué)性和有效性就顯得十分關(guān)鍵了。除了要進(jìn)行必要的無功補(bǔ)償之外，還應(yīng)該適時(shí)進(jìn)行有功補(bǔ)償。然而，由于帶儲能單元的補(bǔ)償裝置可以有效改善電能質(zhì)量，所以，其完全可以取代傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置。那么，對于本身就帶有儲能單元的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器而言，其能夠以正常電壓和故障電壓的差值在ms級內(nèi)將電壓注入到系統(tǒng)中。這種方式可以有效解決電壓波動(dòng)、諧波等動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問題。

2.2 諧波的控制策略

2.2.1 增加換流裝置的脈動(dòng)數(shù)

作為電網(wǎng)中的主要諧波源之一，換流裝置產(chǎn)生的諧波主要集中在特征諧波上，所含有的非特征諧波含量一般比較少。由于特征諧波的頻譜為n=kp±1，所以，在脈動(dòng)數(shù)p增加的情況下，n也會隨之增大，工n、工l/n（諧波電流）也將因此減少?；诖?，增加整流脈動(dòng)數(shù)能夠在平滑波形的同時(shí)減少諧波。比如說，在脈動(dòng)數(shù)由8增加到14時(shí)，就可以消除幅值相對比較大的低頻項(xiàng)，從而大大降低諧波電流的有效值。

2.2.2 加裝無源濾波器

在電力電子設(shè)備的交流側(cè)安裝無源濾波器，并且以C、L、R元件為基礎(chǔ)構(gòu)建無源網(wǎng)絡(luò)，可以吸收負(fù)載，從而產(chǎn)生諧波電流。具體來說，無源濾波器主要分為高通濾波器和調(diào)諧濾波器2種。高通濾波器主要用于對某一次以及以上各次諧波的吸收；調(diào)諧濾波器又被劃分為單調(diào)諧和雙調(diào)諧2種，用于對電一次數(shù)或相鄰兩次諧波的吸收。除了具有濾除諧波的功能之外，無源濾波器還能夠在基波電壓的作用下為諧波負(fù)載提供容性基波無功功率，并且能夠滿足諧波源無功補(bǔ)償?shù)男枨?。從整體情況來看，基于結(jié)構(gòu)簡單、效率高、成本低、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)勢，加裝無源濾波器已經(jīng)成為了抑制諧波的主要手段之一。

3 結(jié)束語

鑒于電壓波動(dòng)與閃變和諧波等問題的存在，風(fēng)力發(fā)電的電能質(zhì)量始終都無法得到認(rèn)可。因此，有效利用風(fēng)能來提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效率，減小電力諧波、并網(wǎng)沖擊，讓功率因素得到實(shí)質(zhì)性的提升是目前我國風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域需要重點(diǎn)研究的課題之一。只有解決了這些問題，才能充分體現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電的效能。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕