風力發(fā)電并網技術及電能質量控制研究

吳敏輝

摘要：本文對風力發(fā)電并網技術進行了介紹，其中主要介紹了同步風力發(fā)電機組并網技術與異步風力發(fā)電機組并網技術兩方面，并分析了兩種技術對電能質量的影響，同時提出了控制電能質量的方法，主要是閃變與抑制諧波以及電壓波動兩種方法。希望通過本文能夠幫助企業(yè)更好的應用風力發(fā)電并網技術，是企業(yè)能夠更好的控制電能質量。

關鍵詞：風力發(fā)電；并網技術；電能質量控制；措施

引言

隨著我國風力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展，規(guī)模不斷擴大，其并網對整個電力系統(tǒng)的影響不可忽視，如電壓波動、閃變問題，以及諧波等，不但對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成嚴重影響，而且影響電能質量。為了實現風力發(fā)電的安全并網，消除不良影響，現代電力電子技術的應用必不可少。

1風力發(fā)電并網技術

選擇好合適的風力發(fā)電并網技術對于企業(yè)來說十分重要，要求發(fā)電器輸出的幅值、電壓頻率及相位方面都需要與電網系統(tǒng)抑制。風力發(fā)電在并網過程中，其對電網產生的沖擊力會隨著風力發(fā)電機機組整體容量的增加而上升，如果并網遭受到過大的沖擊力，電力系統(tǒng)的電壓值會因此下降，塔架、發(fā)電機等機械部分也因此會產生磨損，如果并網遭受較大沖擊的時間過長的話會不同程度的影響到其他掛網機組，系統(tǒng)甚至可能會被瓦解，所以選擇好合適的并網技術十分重要。

1.1同步風力發(fā)電機組并網技術

實際工作狀態(tài)的同步發(fā)電機能夠同時形成無功功率并且輸出有功功率，周波因此能夠確保穩(wěn)定，因為其生成的電能質量高，所以應用在電力系統(tǒng)中的幾率高，大部分企業(yè)都應用著同步風力發(fā)電機組并網技術。但同步風力發(fā)電機組并網技術也存在著實際使用過程中無法有效控制風速，難以保持穩(wěn)定的運行轉子轉矩，實際的并網過程中會出現同步發(fā)電機所需精度與轉子轉矩難以相符的問題。與此同時，如果工作人員在并網實現以后沒有控制其，有可能會出現失步或無功振蕩問題，重載狀態(tài)下尤其明顯。應用同步風力發(fā)電機組并網技術的受阻主要問題如上，而在電力電子技術迅速發(fā)展的今天，可以通過利用技術避免以上問題，如在電機與電網中安設變頻裝置等。

1.2異步風力發(fā)電機組并網技術

異步風力發(fā)電機組并網技術與同步風力發(fā)電機組并網技術相比，不需要高精度的機組調速在實際工作中，不需要保持同步或是整歩操作與設備，基本保持轉速與同步轉速相同就可以實施并網。異步發(fā)電機與風力發(fā)電機組相搭配具有著不需要復雜控制裝置的優(yōu)點，這得益于其只需要依靠轉差率便可以調節(jié)負荷的特點。其并網后不會出現同步風力發(fā)電機組并網技術那樣失步、無振蕩的問題，其運行時有著較強的可靠性，穩(wěn)定性高。但是異步風力發(fā)電機組并網技術也有一定的缺點：

（1）大沖擊電流容易在工作人員直接進行并網操作時產生，導致電壓下降，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（2）系統(tǒng)需要工作人員補償一定的無功功率，因為異步風力發(fā)電機組并網技術系統(tǒng)自身無法形成無功功率。

（3）同步轉速會隨著不穩(wěn)定系統(tǒng)頻率超過上限的同時相應的加快，會使異步發(fā)電機轉化為電動狀態(tài)由原來的自發(fā)電狀態(tài)，而異步發(fā)電機電流也會因為不穩(wěn)定系統(tǒng)頻率值下降而大幅增加，過載現象也會因此產生。在使用異步風力發(fā)電機組并網技術時需要有工作人員確保發(fā)電機組能夠一直處于穩(wěn)定運行的狀態(tài)。

2風力發(fā)電并網運行試驗

2.1關于軟并網的功能試驗

提高異步發(fā)電機組主軸的速度，轉速是同步速度的92%～99%時，觸發(fā)并網接觸器，發(fā)電機便通過雙向晶閘管實現和電網的連接，通過對晶閘管觸發(fā)單元的有效控制，將其導通角慢慢變大到180°。對晶閘管導通角打開速率進行控制，以保證并網時出現的沖擊電流不會影響系統(tǒng)。在完成暫態(tài)過程時，將旁路開關進行閉合操作，同時短接晶閘管。

2.2關于電能質量的試驗

在對風電場進行保護的階段，對屏取三相電壓與電流進行計量，檢測并網點的電壓閃變、諧波及偏差等各種相關指標。在風電場停止運行階段，對并網點電壓總諧波畸變率和各次諧波電壓進行檢測。在風電場處于正常運行狀態(tài)時，對各功率區(qū)間并網點的諧波電流與電壓進行檢測，測出風電場95%的諧波電流。

2.3關于動態(tài)無功補償裝置功能的試驗

機組并網運行時，對發(fā)電機的輸出功率進行調整，以觀察負載不一樣的情形下，其電容投切狀態(tài)會不會出現異常情況。在測試動態(tài)無功補償裝置的功能時，必須測試其在最惡劣工況下運行的狀態(tài)，包括：

（1）風電大發(fā)工況。在這種運行條件下，風電場輸出線路處于重載狀態(tài)，無功損耗最大，而母線電壓卻處于低水平狀態(tài)。所以這種工作狀況一般只進行容性無功補償試驗。

（2）風電小發(fā)工況。在這種運行條件下，輸電線路具有比較大的充電功率，母線電壓處于較高水平狀態(tài)。所以，這種工作狀況一般只進行感性無功補償試驗。在這兩種惡劣的工況下，不但要測試暫態(tài)過程中裝置的響應情況，而且要測試穩(wěn)態(tài)下電壓無功的綜合控制情況，通過這些試驗對無功補償控制策略進行正確性的檢驗，并檢驗SVG裝置是否能夠穩(wěn)定運行。

2.4關于風電機組低電壓穿越能力的試驗

電壓突然下降不但會對電網造成影響，而且還會影響風電場內正在運行的發(fā)電機組，此時需要使用限流電抗進行控制。進行試驗時，需要以現場情況為依據，對限流電抗阻值的大小進行調整，降低電壓跌落對電網產生的不利影響，對風力發(fā)電機組的暫態(tài)響應不會造成明顯的影響。無論是在電壓跌落發(fā)生之前還是之后，都可以利用旁路開關對限流電抗進行短接。短路開關通過短路電抗實現閉合，兩相或者三相連接短路電抗，對電網故障進行模擬，以對電壓跌落的情況進行測試。在測試過程中可以對電抗阻值進行調整實現不同程度的電壓跌落狀況。

3控制電能質量的具體策略

3.1抑制諧波

對電能質量進行控制首先可通過抑制諧波來實現，在系統(tǒng)中添加靜止無功補償設備，電抗器、可投切電容器等裝置使禁止無功補償設備中所包含的，其能夠確認無功功率有沒有出現變化，對變化狀態(tài)的無功功率加以跟蹤，具有反應速度快，反應及時的優(yōu)點。靜止無功補償設備能夠有效調節(jié)電壓起伏現象，如風速不穩(wěn)定所導致的電壓起伏現象，最終達到消除諧波的效果，使風力發(fā)電機組運行狀況不影響到電網電能質量。

3.2抑制電壓波動以及閃變

3.2.1添加有源電力濾波設備在系統(tǒng)當中實際工作中為了避免電壓閃變現象的出現，可以再劇烈波動負荷電流出現的時候，對因為負荷變化導致的無功電流加以補償，使負荷電流得到及時補償。可關斷電子設備是有源電力濾波設備中所用到的電子零件，因此系統(tǒng)電源可以用電子控制設備替換，向電壓負荷輸送畸變電流，使系統(tǒng)能夠確保把正弦基波電流只向負荷提供。有源電力濾波設備有著反應速度快、電壓波動范圍大、設備可靠性強，穩(wěn)定率高、閃變補償率高的優(yōu)點。

3.2.2添加動態(tài)電壓恢復設備在系統(tǒng)當中

可以添加動態(tài)電壓恢復設備在系統(tǒng)中在中低壓類型配電網的情況下，因為其同樣會發(fā)生電壓閃變問題在有功功率高速波動過程中。與此同時需要更加優(yōu)秀的補償裝置，補償裝置要在提供無功功率人員掌握該設備的使用方法，避免在施工時出現失誤。最后，對施工機器要定期的維修和保養(yǎng)，最好是有專門的人保管，負責一切事項。對材料和設備一切相關數據都要整理歸檔，為以后使用時出現質量問題查找提供便利的條件以及為更好的掌握設備操作方法做好準備。要想做好工程就要把建設中的各種檢測做到位，尤其是對于那些項目大、工期長的施工工程，技術檢測是前后工程銜接的關鍵。

結語

路基路面的檢測與質量控制作為公路建設的支撐點，應為業(yè)界研究的重點問題。在當前的時代發(fā)展，檢測技術越來越好，高新科學技術與控制策略應用越來越廣泛，如何加強試驗檢測力度，提高公路工程質量值得廣大同行共同探討。

參考文獻

[1]鄭建穎.農村公路路基、路面壓實度檢測存在的問題及對策[J].交通世界（工程技術），2015，（80）：126-127.

（作者單位：福建省電力有限公司）