淺析風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能控制

王磊

（甘肅龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司，甘肅 酒泉 736100）

當(dāng)前，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電規(guī)模越來(lái)越大，風(fēng)電電場(chǎng)容量也持續(xù)增加，這對(duì)于緩解我國(guó)不斷增加的用電需求與傳統(tǒng)發(fā)電之間的矛盾起到了非常重要的作用。風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，這種發(fā)電方式更加綠色環(huán)保，而且風(fēng)能是可再生能源，所以風(fēng)力發(fā)電是一種有非常光明的應(yīng)用前景的發(fā)電模式。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，未來(lái)風(fēng)力發(fā)電的容量必然會(huì)越來(lái)越高。但是，我國(guó)風(fēng)電在取得成績(jī)的同時(shí)，也要看到與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家之間的技術(shù)差距，尤其是我國(guó)的風(fēng)電技術(shù)與世界上的風(fēng)電強(qiáng)國(guó)如德國(guó)相比，還有一定差距，具體表現(xiàn)在風(fēng)電并網(wǎng)過(guò)程中容易出現(xiàn)諧波污染與閃變問題，無(wú)法保證供電質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定性，這樣既會(huì)影響發(fā)電安全，也會(huì)影響終端用電安全。而且隨著風(fēng)電總量的不斷增加，這樣的問題也越發(fā)顯著。只有從根本上解決這一問題，才能夠讓風(fēng)力發(fā)電更好地為社會(huì)做出貢獻(xiàn)，在滿足社會(huì)對(duì)電能需求的同時(shí)保證電能質(zhì)量。所以，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)展開研究，對(duì)于我國(guó)當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電有非常重要的意義。

1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

1.1 同步并網(wǎng)技術(shù)

理論上來(lái)說(shuō)，如果能夠使得同步發(fā)電機(jī)機(jī)組與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于相同步調(diào)，則能夠?qū)崿F(xiàn)最好的風(fēng)電并網(wǎng)效果。然而，就實(shí)際情況來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程并不是穩(wěn)定不變的，不同風(fēng)速、風(fēng)力、風(fēng)向等，都會(huì)對(duì)發(fā)電產(chǎn)生相應(yīng)的影響，這也使得發(fā)電轉(zhuǎn)子會(huì)表現(xiàn)出一定幅度的搖擺性，這也導(dǎo)致風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)速，難以真正完全匹配同步發(fā)電機(jī)精度，出現(xiàn)失步的狀態(tài)是大概率時(shí)間。所以，如何才能夠真正實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電同步并網(wǎng)，一直以來(lái)都是該領(lǐng)域的重要課題。當(dāng)前這方面雖然尚未獲得完美解決方案，但是研究也取得了一定的成果。

1.2 異步并網(wǎng)技術(shù)

異步并網(wǎng)技術(shù)就是首先將異步發(fā)電動(dòng)力機(jī)組與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)合，再使之依據(jù)統(tǒng)一步調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。該技術(shù)相對(duì)同步并網(wǎng)技術(shù)，所受的限制要小很多，必須保證風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)調(diào)速精準(zhǔn)性，只要發(fā)電轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)調(diào)速一部發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持一定程度的協(xié)調(diào)即可。采用異步發(fā)電機(jī)方式，能夠有效防止系統(tǒng)中設(shè)置過(guò)于復(fù)雜的問題，同時(shí)，并網(wǎng)過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)無(wú)振蕩或失步問題，所以整體的狀態(tài)能夠保持較高的平穩(wěn)性。但是，就當(dāng)前的實(shí)際狀況來(lái)看，采用異步并網(wǎng)技術(shù)的不足是顯著的。異步并網(wǎng)容易導(dǎo)致并網(wǎng)中因?yàn)闆_擊電流過(guò)大、電壓降低等原因，使得整個(gè)發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性受到較大影響，特別是不穩(wěn)定系統(tǒng)頻率值大幅下降，使得異步發(fā)電機(jī)電流顯著升高。所以，選擇異步并網(wǎng)技術(shù)，一方面要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作；另一方面，要妥善維持異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性。

2 風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

2.1 動(dòng)態(tài)無(wú)功抵償設(shè)備公用特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

動(dòng)態(tài)無(wú)功抵償設(shè)備公用特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)是當(dāng)前的風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中非常重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，其目的是要驗(yàn)證電容抵償投切的相關(guān)流程以及具體動(dòng)作的合理合規(guī)性。該實(shí)驗(yàn)就操作來(lái)看并不復(fù)雜，只是需要在運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，正對(duì)性地改變發(fā)電機(jī)輸出功率，并且對(duì)機(jī)組的負(fù)載狀態(tài)相應(yīng)地作出改變。此外，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，要盡量避免其他的相關(guān)因素可能對(duì)結(jié)果造成的影響。該實(shí)驗(yàn)最好選擇工況相對(duì)較差、風(fēng)速穩(wěn)定性不高的時(shí)間點(diǎn)展開試驗(yàn)，這種發(fā)電狀態(tài)能夠讓結(jié)果盡可能準(zhǔn)確。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量測(cè)試實(shí)驗(yàn)

在針對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)展開風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量測(cè)試實(shí)驗(yàn)之前，首先要保證風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)停運(yùn)，而且還只能對(duì)全部并網(wǎng)點(diǎn)展開全方位的檢測(cè)，從而確認(rèn)各自諧波電壓的穩(wěn)定性，同時(shí)，要確定電壓總諧波有無(wú)異常。如果這樣的狀態(tài)下風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，需要就功率區(qū)間、諧波電壓等展開有效檢測(cè)，這樣才能夠得出風(fēng)電場(chǎng)諧波電流究竟是不是滿足相關(guān)要求。

3 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電能的影響

3.1 諧波影響

就當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的實(shí)際情況來(lái)看，諧波影響是首要面對(duì)的問題。風(fēng)電并網(wǎng)產(chǎn)生的諧波影響，對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)狀態(tài)造成了一定的影響。分析諧波產(chǎn)生的原因，主要來(lái)自以下兩個(gè)方面。一方面是因?yàn)椴⒕W(wǎng)過(guò)程中逆變器產(chǎn)生的諧波。另一方面是風(fēng)力電源接通后的運(yùn)行，造成了諧波的產(chǎn)生。諧波進(jìn)入電網(wǎng)后，會(huì)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成明顯的影響。當(dāng)前我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)應(yīng)用較多的為軟并網(wǎng)技術(shù)，這種技術(shù)在并網(wǎng)沖容易出現(xiàn)大沖擊電流，這樣外界風(fēng)速超過(guò)了切出風(fēng)速，就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)并不能維持在額定狀態(tài)下運(yùn)行，這同樣造成了電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的問題。

3.2 電壓波與閃變

隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入人心，風(fēng)力發(fā)電作為一種新能源發(fā)電形式，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的成長(zhǎng)性，所以近年來(lái)風(fēng)電容量保持較高的增長(zhǎng)速度。但是，風(fēng)電容量的增加，使得并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響越來(lái)越大，具體來(lái)說(shuō)，就是電壓波動(dòng)與閃變。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過(guò)程中，假如連接位置與配電變壓器之間的距離過(guò)小，這種狀態(tài)下風(fēng)電并網(wǎng)盡管電壓閃變的影響相對(duì)不大，但是，卻會(huì)讓電流影響變大，進(jìn)而導(dǎo)致饋線附近電壓便顯出劇烈的變動(dòng)，這種變化可能會(huì)直接損壞發(fā)電機(jī)組的設(shè)備。另外，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)后，會(huì)使電網(wǎng)電壓升高，特別是當(dāng)前風(fēng)電并網(wǎng)絕大部分采用異步電機(jī)。異步電機(jī)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)建旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)必然會(huì)導(dǎo)致很多的無(wú)功功率白白損失。再加上功率分布方式對(duì)電網(wǎng)電壓會(huì)造成干擾，導(dǎo)致并網(wǎng)以后一些無(wú)功功率被一定程度的消耗，所以電網(wǎng)壓降迅速提升，導(dǎo)致電能質(zhì)量受到較大影響。

4 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)電能控制措施

4.1 并網(wǎng)諧波控制

為了更有效地避免風(fēng)電并網(wǎng)造成的電能質(zhì)量下降，要針對(duì)性地采取相應(yīng)的措施盡量控制電能質(zhì)量，而當(dāng)前的主要方法就是抑制諧波。具體來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)向系統(tǒng)增加靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，然后，根據(jù)無(wú)功功率有無(wú)發(fā)生變化作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)無(wú)功功率的展開有效的跟蹤。這樣的一種方式不但具有很高的準(zhǔn)確率，而且還有很快的反應(yīng)速度。此外，通過(guò)增加靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，還可以對(duì)電壓的穩(wěn)定性起到有效的控制效果。比如，當(dāng)風(fēng)速波動(dòng)不穩(wěn)的時(shí)候，電壓就會(huì)出現(xiàn)電壓穩(wěn)定性的波動(dòng)，這樣就能夠達(dá)到消除諧波的目的，從而最大程度地降低風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量的影響。

4.2 電壓波動(dòng)與閃變控制

在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中，控制電壓波動(dòng)與閃變主要通過(guò)以下兩方面達(dá)到控制的效果。一方面，增設(shè)有緣電力濾波設(shè)備。這是當(dāng)前風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)中較為常用的一種控制閃變的措施，具體來(lái)說(shuō)，就是在負(fù)載電流出現(xiàn)波動(dòng)之前，主動(dòng)針對(duì)負(fù)荷變化的無(wú)功電流實(shí)施相應(yīng)的補(bǔ)償，從而達(dá)到補(bǔ)償負(fù)荷電流的效果。對(duì)于整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，將可關(guān)斷電子設(shè)備應(yīng)用于有源電力濾波設(shè)備，這樣就能夠以電子設(shè)備發(fā)揮系統(tǒng)電源的效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)畸變電流向電壓符合輸送，并且電流均保持為系統(tǒng)正弦基波電流。另一方面，是增設(shè)優(yōu)良補(bǔ)償設(shè)備。通過(guò)這種措施能夠在一定程度上對(duì)電壓波動(dòng)實(shí)施有效抑制，從而避免其出現(xiàn)，同時(shí)采用增設(shè)動(dòng)態(tài)恢復(fù)設(shè)備的方式。這樣一來(lái)，增加的補(bǔ)償裝置，因?yàn)槠渥陨砭邆淇纱鎯?chǔ)能量單元，所以能夠在提供無(wú)功功率的同時(shí)對(duì)其予以有效的補(bǔ)償，這樣就能夠最大程度地防止電壓波動(dòng)引發(fā)的問題，使電網(wǎng)中的電能質(zhì)量處于較高的水平。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)有較為成熟的應(yīng)用，并且已經(jīng)為社會(huì)用電發(fā)揮了重要作用。但是，風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)在一定程度上對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，而且隨著風(fēng)電容量的不斷增加，這種影響也越來(lái)越明顯和嚴(yán)重，所以，要采取有效的方法控制這種不利影響，從而為社會(huì)提供更高質(zhì)量的電能。本文針對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電能的主要影響展開了探討和分析，并針對(duì)性地總結(jié)了相應(yīng)的優(yōu)化措施，希望能夠?qū)ξ覈?guó)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)起到一定的促進(jìn)作用，更好的發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電的價(jià)值。