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

蔣友偉

東方電氣風(fēng)電有限公司 四川德陽(yáng) 618000

1 風(fēng)力發(fā)電的基本原理

風(fēng)力發(fā)電主要利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而后再將轉(zhuǎn)化而來(lái)的機(jī)械能變成電能。在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中所使用的設(shè)備裝置統(tǒng)一稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，而此發(fā)電機(jī)組又可以細(xì)致劃分為風(fēng)輪、機(jī)艙和塔架三個(gè)部分。其中把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能最主要依靠的就是風(fēng)輪裝置，主要由兩片或兩片以上的螺旋槳形狀的槳葉構(gòu)成。當(dāng)槳葉受到風(fēng)的作用時(shí)，在槳葉上產(chǎn)生氣動(dòng)力來(lái)促使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。

一般小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都具有較高的發(fā)電效率，但是這類發(fā)電機(jī)組不僅只是由一個(gè)發(fā)電機(jī)構(gòu)成，是一個(gè)具備一定科技水平的系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)包括發(fā)電機(jī)和變流器。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)都是由槳葉、輪轂（含變槳系統(tǒng)）、機(jī)艙（含主軸-增速機(jī)-聯(lián)軸器組成的傳動(dòng)鏈、發(fā)電機(jī)、主控系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等）、塔架（含變流器）這幾個(gè)結(jié)構(gòu)組成，這幾個(gè)部分每個(gè)都有其作用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片主要受到風(fēng)力的作用，并且通過(guò)發(fā)電機(jī)將其轉(zhuǎn)化為電能，偏航系統(tǒng)通過(guò)機(jī)艙外面安裝的測(cè)風(fēng)系統(tǒng)所測(cè)量的風(fēng)向能夠確保風(fēng)輪始終對(duì)著風(fēng)向以獲得風(fēng)最大的作用力，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航系統(tǒng)為機(jī)組的正常工作提供了保障，通常轉(zhuǎn)子所使用的都是永磁體或者勵(lì)磁體，通過(guò)定子繞阻切割磁力線最終產(chǎn)生電能。[1]

2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

2.1 風(fēng)力發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電并聯(lián)組成的分散式結(jié)構(gòu)是風(fēng)力發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。小型的分散式發(fā)電系統(tǒng)中包括多種能源的組合供電，如太陽(yáng)能、風(fēng)能，而這些供電設(shè)施只有通過(guò)逆變并聯(lián)的方式才能與微型公共電網(wǎng)連接。

2.2 電力電子技術(shù)的關(guān)鍵部件

（1）并網(wǎng)逆變器。電力電子變化器的作用是連接燃料電池、風(fēng)機(jī)與微網(wǎng)，若是系統(tǒng)中沒(méi)有這一逆變器，那么這三者將無(wú)法連接在一起。根據(jù)實(shí)際情況，系統(tǒng)中的逆變器有時(shí)是單獨(dú)的一個(gè)逆變器，有時(shí)是整流器與逆變器的結(jié)合體。

（2）靜態(tài)開(kāi)關(guān)。靜態(tài)開(kāi)關(guān)相當(dāng)于一種保護(hù)裝置，當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，它可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并識(shí)別問(wèn)題，主動(dòng)將微網(wǎng)轉(zhuǎn)換成孤島狀態(tài)，以保障系統(tǒng)的安全，并在問(wèn)題得到解決后，重新連接微網(wǎng)與主網(wǎng)，使系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。

（3）電能質(zhì)量控制裝置。任一單元的接入都會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，如果對(duì)其控制不當(dāng)，會(huì)給電壓波形、功率因數(shù)、頻率等帶來(lái)不好的影響，因此，電能質(zhì)量綜合監(jiān)控技術(shù)是保證微網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的一種重要技術(shù)。

2.3 微網(wǎng)技術(shù)

微網(wǎng)運(yùn)行控制。微網(wǎng)系統(tǒng)具有擾動(dòng)能力比較差的問(wèn)題，具有諸多自然資源不能控制的特征，其在時(shí)間以及風(fēng)力大小等方面都會(huì)對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的安全性帶來(lái)一定的影響，要求對(duì)系統(tǒng)加強(qiáng)重視。微網(wǎng)故障檢測(cè)以及保護(hù)，在當(dāng)前時(shí)代發(fā)展進(jìn)步下，在微網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展中有著單向和雙向潮流，因此一般的傳統(tǒng)保護(hù)措施已經(jīng)沒(méi)有辦法滿足其效果[2]。

其對(duì)將風(fēng)力發(fā)電或者是可再生能源作為主要構(gòu)成部分的分布式并網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)微網(wǎng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，在微網(wǎng)中并網(wǎng)過(guò)程中合理解決面對(duì)的負(fù)面問(wèn)題。進(jìn)而也會(huì)實(shí)現(xiàn)有效降低分布式電網(wǎng)并網(wǎng)其對(duì)電網(wǎng)整體造成干擾。微網(wǎng)通常都是將負(fù)荷、分布式微源、控制系統(tǒng)等組成，作為一種小型的配電網(wǎng)絡(luò)，可以依據(jù)其不同需求來(lái)做好能量管理工作。

3 電能質(zhì)量控制策略

3.1 電能質(zhì)量的分析方法

根據(jù)目前穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題解決的狀況分析，主要利用時(shí)域分析法，這種方法可以對(duì)電壓偏差與諧波偏差等量進(jìn)行較為精確的分析，從而有效解決穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，并且快速傅里葉變換和離散傅里葉變換都是已經(jīng)成為分析諧波的重要方法。但如果諧波變化超過(guò)一定范圍，傅里葉變換就無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的作用，基于此，部分學(xué)者提出通過(guò)小波分析，可以更為精準(zhǔn)的對(duì)變化較快的諧波進(jìn)行提取并分析，具有較高的實(shí)時(shí)性與適用性。

由于動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題具備隨機(jī)性以及暫態(tài)性等特點(diǎn)，因此在解決此類問(wèn)題時(shí)時(shí)域分析法不再適合，如今常用的分析方法包括短時(shí)傅里葉變換、小波分析以及基于快速s變換等，而小波分析法具有對(duì)函數(shù)或特征量進(jìn)行多尺度分析的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)，所以在分析電壓跌落和電壓閃變等問(wèn)題時(shí)比傅里葉變換更有優(yōu)勢(shì)，這也在一定程度上彌補(bǔ)了傅里葉變換在分析應(yīng)用中的缺點(diǎn)[1]。

3.2 控制電能質(zhì)量的方法

一般而言，暫態(tài)性及快速性是當(dāng)前電能質(zhì)量的基本特點(diǎn)。因此在進(jìn)行電能質(zhì)量設(shè)備治理上，需要嚴(yán)格使用精準(zhǔn)的控制技術(shù)進(jìn)行。傳統(tǒng)PID控制方法大量地被應(yīng)用于實(shí)際工程應(yīng)用中，但該方法存在明顯弊端，即抗負(fù)載能力較低和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力差，因此不能解決電能質(zhì)量存在的問(wèn)題。部分學(xué)者提出采取無(wú)差拍控制結(jié)合自適應(yīng)和模糊邏輯控制，從而進(jìn)一步強(qiáng)化動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。目前來(lái)看這種方法較其他而言比較簡(jiǎn)單，且動(dòng)態(tài)能力較其他也相對(duì)較強(qiáng)，但其開(kāi)關(guān)頻率的隨機(jī)性較大。在實(shí)際操作過(guò)程中，使用無(wú)差拍可以有效減少誤差值，但不利之處在于計(jì)算能力要求非常嚴(yán)格。由于以上的方法都有相應(yīng)的優(yōu)劣，因此可以將這幾種方法相應(yīng)結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，來(lái)滿足對(duì)于系統(tǒng)和用戶側(cè)電能質(zhì)量的要求。

風(fēng)能的開(kāi)發(fā)受到國(guó)家與社會(huì)的一致關(guān)注，與風(fēng)電相關(guān)的技術(shù)在迅速發(fā)展。伴隨著風(fēng)電與配電網(wǎng)之間關(guān)系越加密切，風(fēng)電并網(wǎng)所引起電壓穩(wěn)定的相關(guān)問(wèn)題也越來(lái)越受到人們的密切關(guān)注。因此風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量造成影響的治理措施，主要通過(guò)加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行電能質(zhì)量治理。