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

摘 要：風(fēng)能是可再生清潔能源之一，隨著電能使用需求量的不斷提升，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電廠容量也隨之出現(xiàn)了不斷加大的趨勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)與電能質(zhì)量控制方式，逐漸成為了社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。本文將以風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)分析為切入點(diǎn)，通過(guò)對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)的介紹，對(duì)風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量控制手段展開全面研究，旨在提高風(fēng)能資源整體運(yùn)用水平，保證大容量并網(wǎng)發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；風(fēng)力發(fā)電；質(zhì)量控制；運(yùn)行試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）27-0061-02

前 言

風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能以供用戶進(jìn)行使用。目前常用的風(fēng)力發(fā)電方式主要有獨(dú)立運(yùn)行和加入電力系統(tǒng)運(yùn)行兩種，后一種便是并網(wǎng)型發(fā)電運(yùn)行模型，一般多用于容量為幾兆瓦至幾百兆瓦的風(fēng)力發(fā)電廠中。并網(wǎng)運(yùn)行方式，能夠?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電場(chǎng)提供可靠的電網(wǎng)支撐與補(bǔ)償，能夠更加深層次的對(duì)風(fēng)力資源進(jìn)行使用，是今后風(fēng)力發(fā)電發(fā)展主要趨勢(shì)。

1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的分析

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

同步發(fā)電機(jī)組技術(shù)在電力系統(tǒng)使用頻率相對(duì)較高，其在運(yùn)行時(shí)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生無(wú)功功率與有功功率，具有電能質(zhì)量高以及周波穩(wěn)定等方面的優(yōu)勢(shì)，極受業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可。由于風(fēng)并不可控，風(fēng)速變化并不穩(wěn)定，因此在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)以及并網(wǎng)調(diào)速性能無(wú)法達(dá)到同步發(fā)電機(jī)精度要求等情況，若在并網(wǎng)之后沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)其的全面管控，尤其是在重載環(huán)境中，很容易會(huì)出現(xiàn)失步以及無(wú)功振蕩的狀況[1]。隨著電力電子技術(shù)迅速崛起，這一問(wèn)題已經(jīng)得到基本改善，就是通過(guò)安裝變頻裝置的方式，避免失步等問(wèn)題的發(fā)生，為同步發(fā)電機(jī)組技術(shù)運(yùn)用與推廣提供了有利支持。

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

在對(duì)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)進(jìn)行使用時(shí)，會(huì)通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)差率的利用，做好負(fù)荷調(diào)整工作，整體運(yùn)行對(duì)于調(diào)速精度并沒(méi)有過(guò)高的要求，也并不需要整步操作與同步設(shè)備操作，只需在轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)做好并網(wǎng)即可。

雖然異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)有著控制裝置簡(jiǎn)單以及并網(wǎng)后無(wú)振蕩等問(wèn)題發(fā)生的優(yōu)勢(shì)，但其同時(shí)也存在著直接并網(wǎng)之后，容易產(chǎn)生大沖擊電流與電壓下降的問(wèn)題，會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行安全產(chǎn)生直接影響，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)功功率產(chǎn)生受到了限制，需開展無(wú)功補(bǔ)償處理。同時(shí)如果系統(tǒng)不穩(wěn)定，出現(xiàn)頻率過(guò)低的情況，也會(huì)造成因電流加劇而出現(xiàn)電壓過(guò)載的狀況，因此在對(duì)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)進(jìn)行使用時(shí)，需要采取嚴(yán)格監(jiān)控，以對(duì)發(fā)電機(jī)組安全進(jìn)行保障。

2 并網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)

2.1 電能質(zhì)量測(cè)試

在進(jìn)行電能質(zhì)量測(cè)試時(shí)，主要會(huì)對(duì)諧波以及電壓偏差等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。在進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)停運(yùn)過(guò)程中所產(chǎn)生的各項(xiàng)并網(wǎng)點(diǎn)展開測(cè)試，會(huì)重點(diǎn)對(duì)各次諧波電壓穩(wěn)定性與電壓總諧波畸變情況進(jìn)行掌握。如果風(fēng)電場(chǎng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，技術(shù)人員就需要對(duì)所有功率區(qū)間展開測(cè)試，并要展開諧波電壓與長(zhǎng)時(shí)間閃變等測(cè)試，以對(duì)電廠諧波電流是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定。

2.2 風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力測(cè)試

限流電抗主要用于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組影響與電壓跌落限制，在實(shí)際進(jìn)行低電壓穿越能力測(cè)試時(shí)，會(huì)按照風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際情況，做好限流電抗阻值大小調(diào)節(jié)工作，以保證電壓跌落測(cè)試不會(huì)對(duì)整體風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。當(dāng)電壓出現(xiàn)跌落時(shí)，限流電抗會(huì)通過(guò)對(duì)旁路開關(guān)短接的運(yùn)用，做好短路電抗閉合短路開關(guān)操作，確保能夠?qū)⒍搪冯娍箖上嗷蛉噙B接起來(lái)，以對(duì)電網(wǎng)故障測(cè)試點(diǎn)電壓跌落情況進(jìn)行模擬，進(jìn)而明確在進(jìn)行電抗阻值調(diào)節(jié)時(shí)，電壓跌落的實(shí)際深度。

在實(shí)際進(jìn)行檢測(cè)時(shí)：①先進(jìn)行箱變停電以及風(fēng)機(jī)停機(jī)處理，會(huì)將相應(yīng)檢測(cè)設(shè)備連接到待檢測(cè)箱變低壓測(cè)與風(fēng)機(jī)間位置；②對(duì)箱變通電，并會(huì)為UPS開關(guān)以及其他部位進(jìn)行供電，以便在不帶風(fēng)機(jī)的狀態(tài)下，開展空載試驗(yàn)；再次會(huì)打開風(fēng)機(jī)內(nèi)部斷路器，保證風(fēng)機(jī)能夠處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)；③按照風(fēng)機(jī)輸出功率與額定功率比值，展開相應(yīng)測(cè)試。一般在輸出功率高于90%額定功率時(shí)，會(huì)實(shí)施大風(fēng)工況檢測(cè)[2]。

3 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中電能質(zhì)量的有關(guān)控制

3.1 諧波抑制

在進(jìn)行諧波抑制時(shí)，可通過(guò)對(duì)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)用，完成相應(yīng)抑制操作。此裝置主要由諧波過(guò)濾裝置、電抗器等部分所組成，有著較為突出的反應(yīng)能力強(qiáng)特征，能夠完成對(duì)無(wú)功功率的實(shí)時(shí)監(jiān)控與測(cè)試，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓變化的及時(shí)調(diào)節(jié)，能夠達(dá)到完全對(duì)諧波進(jìn)行消除的效果，可以對(duì)風(fēng)電發(fā)電電能質(zhì)量提供可靠保證。

3.2 電壓清運(yùn)、閃變抑制

（1）有源電力濾波器。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，電壓閃變是對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素，在電壓閃變現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，技術(shù)人員需要在負(fù)荷電流產(chǎn)生劇烈波動(dòng)的環(huán)境中，完成一系列無(wú)功電流補(bǔ)償任務(wù)，而這也正是有源電力濾波器的價(jià)值所在。此設(shè)備在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，具有補(bǔ)償容量小以及響應(yīng)能力突出等方面的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行穩(wěn)定程度相對(duì)較高，有著較強(qiáng)的控制力，可以達(dá)到良好的電壓波動(dòng)抑制效果[3]。

（2）統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器與其他補(bǔ)償裝置。技術(shù)人員要對(duì)電能質(zhì)量控制器展開統(tǒng)一處理，要通過(guò)并、串聯(lián)補(bǔ)償裝置做好控制器結(jié)合工作，確保其可以對(duì)電流與電壓質(zhì)量問(wèn)題形成補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)綜合型補(bǔ)償模式。此補(bǔ)償裝置具有儲(chǔ)能單元并聯(lián)與串聯(lián)組合，可用于配電系統(tǒng)諧波補(bǔ)償與電能質(zhì)量問(wèn)題解決。

（3）動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器。在中低壓配電網(wǎng)內(nèi)，如果有功功率出現(xiàn)快速波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致電壓閃變問(wèn)題出現(xiàn)，這就意味著補(bǔ)償裝置不僅要具有無(wú)功功率補(bǔ)償功能，同時(shí)還要能夠提供瞬時(shí)有功功率補(bǔ)償，主要是因?yàn)?，具有?chǔ)能單元的補(bǔ)償裝置，可以達(dá)到對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行改善的目的，因此可完全取代傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置[4]。由于動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器本身?yè)碛袃?chǔ)能單元，可以在MS級(jí)內(nèi)向系統(tǒng)中輸入相應(yīng)數(shù)值的電壓，可以高效完成補(bǔ)償工作，確保系統(tǒng)中所產(chǎn)生的電壓波動(dòng)影響可以被控制在最低，以對(duì)諧波與電壓波動(dòng)等電能質(zhì)量影響問(wèn)題進(jìn)行有效改善。

4 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展前景

在電力電子技術(shù)運(yùn)用到風(fēng)力發(fā)電中后，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行特性得到了切實(shí)優(yōu)化，在無(wú)功控制與有功控制的作用下，風(fēng)電機(jī)組在電壓控制與系統(tǒng)頻率控制中起到了更好地控制作用[5]。風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行規(guī)模的不斷擴(kuò)大，會(huì)使風(fēng)力發(fā)電成本出現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，會(huì)使風(fēng)力發(fā)電得到更加廣泛的運(yùn)用。

為確保今后電力電子技術(shù)在電能質(zhì)量改善與風(fēng)電機(jī)組控制中可以得到更好運(yùn)用，技術(shù)人員一方面要對(duì)風(fēng)能利用效率進(jìn)行提升，通過(guò)科學(xué)化處理，做好電力電子變換器能耗控制工作；另一方面要增加一定數(shù)量的TSC或SVC無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，以幫助展開風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)故障修復(fù)。同時(shí)所有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都應(yīng)擁有獨(dú)立的適應(yīng)性與特征，要能夠按照實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況，選出最佳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，保證電力電子裝置可以在大容量風(fēng)電場(chǎng)中得到更加廣泛的應(yīng)用。

5 結(jié) 論

通過(guò)本文對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)相關(guān)內(nèi)容的論述，使我們對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)與并網(wǎng)運(yùn)行測(cè)試有了進(jìn)一步的認(rèn)知。要認(rèn)識(shí)到風(fēng)能發(fā)電的重要性，要在對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行模式與技術(shù)進(jìn)行掌握的基礎(chǔ)上，按照風(fēng)力發(fā)電特點(diǎn)，做好電能質(zhì)量控制工作，確?？梢约皶r(shí)對(duì)諧波以及電壓閃變等質(zhì)量影響因素進(jìn)行消除，使風(fēng)電場(chǎng)所產(chǎn)生的電能質(zhì)量可以達(dá)到最優(yōu)，為廣大用戶提供更加高質(zhì)的電力能源。

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收稿日期：2018-8-17