風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能控制分析

王生林

國(guó)家能源集團(tuán)龍?jiān)矗ㄇ嗪＃┬履茉撮_發(fā)有限公司 青海西寧 810000

1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的

1.1 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)

（1）交流連接方式。在并網(wǎng)之前，同步發(fā)電機(jī)組大多和系統(tǒng)不同步，因此并網(wǎng)時(shí)需要進(jìn)行整步及整同步操作，目的是有效減小沖擊電流與沖擊力矩，使其與系統(tǒng)無(wú)論是電壓、角速度還是相位都相一致。理想的狀況是在并列的那一刻，電磁力矩和發(fā)電機(jī)定子電流都處于零的狀態(tài)。但是，整步操作通常要2-4min才能完場(chǎng)電壓、相位角以及角速度的調(diào)節(jié)，如果系統(tǒng)電壓與頻率出現(xiàn)快速變化，整步的時(shí)間更長(zhǎng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)力不太穩(wěn)定時(shí)，要將其整步到準(zhǔn)同步則難度更大。實(shí)際上要達(dá)到十分理想的并網(wǎng)條件幾乎是難以實(shí)現(xiàn)的，通常都有一定的偏差存在，因而會(huì)有一定的沖擊電流產(chǎn)生，這就需要將其控制在合理的范圍內(nèi)[1]。

（2）交-直-交連接方式。這種并網(wǎng)方式需要對(duì)交流電進(jìn)行整流，使其變?yōu)橹绷麟?，然后使用逆變器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，又變?yōu)榻涣麟?，并與系統(tǒng)頻率一致。但是，這個(gè)過(guò)程對(duì)逆變器的要求較高，控制以來(lái)比較麻煩，而且增加了成本，同時(shí)逆變器工作過(guò)程中會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。所以，其適用性較差，小型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以采用這種技術(shù)。

1.2 異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)

異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，對(duì)負(fù)荷的調(diào)整主要是依賴于轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)，因此相對(duì)于同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，其對(duì)機(jī)組的調(diào)速精度沒有那么嚴(yán)格的要求，并網(wǎng)時(shí)只要保證轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速差不多就可以進(jìn)行，整步操作或同步設(shè)備就用不上了?？刂蒲b置簡(jiǎn)單成為異步發(fā)電機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)，而且并網(wǎng)后可避免失步或震蕩現(xiàn)象的發(fā)生，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、安全可靠的運(yùn)行。然而其也存在不足之處，如果直接進(jìn)行并網(wǎng)，很大概率會(huì)有大沖擊電流產(chǎn)生，引起電壓下降，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成不利影響；同時(shí)，由于系統(tǒng)不具備無(wú)功功率，因而必須進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償；系統(tǒng)電壓太高，會(huì)造成磁路出現(xiàn)飽和的情況，增大了無(wú)功激磁電流，使定子電流出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，最終導(dǎo)致功率因素快速降低。

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)

對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，動(dòng)態(tài)無(wú)功抵償設(shè)備功用特性測(cè)試就是其中之一，主要目的就是確定電容抵償投切的一系列步驟以及操作是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作非常簡(jiǎn)單，要求在運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)的過(guò)程中，對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還需要改變機(jī)組的負(fù)載狀態(tài)。并且，在實(shí)際操作中為了降低各項(xiàng)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性的干擾，應(yīng)盡量保證在盡量差工況以及風(fēng)速不穩(wěn)定的發(fā)電狀態(tài)下來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可最大程度地保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。

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

在進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量測(cè)試實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)確定風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)處于停運(yùn)狀態(tài)下，并對(duì)所有并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行一次全面檢測(cè)，通過(guò)此項(xiàng)操作來(lái)驗(yàn)證確定各次諧波電壓的安穩(wěn)度以及電壓總諧波是否正常。假如風(fēng)電場(chǎng)處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，則應(yīng)對(duì)各功率區(qū)間、諧波電壓來(lái)進(jìn)行測(cè)試，由此便可來(lái)判斷風(fēng)電場(chǎng)諧波電流是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響

3.1 諧波影響

①應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)過(guò)程中涉及到的逆變器形成諧波；②風(fēng)力電源在接通后進(jìn)行工作的過(guò)程中本身會(huì)形成諧波源。這些方面都可能是引入較多諧波的因素，從而使電網(wǎng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的電能質(zhì)量受到影響。除此之外，就目前的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組利用軟并網(wǎng)的技術(shù)方式完成并網(wǎng)，此過(guò)程易產(chǎn)生大量沖擊電流，當(dāng)切出風(fēng)速低于外界風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)就會(huì)處于額定處理狀態(tài)之外，對(duì)并網(wǎng)技術(shù)下電網(wǎng)供電質(zhì)量造成了嚴(yán)重的影響。

3.2 電壓波與閃變

利用風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行發(fā)電會(huì)造成對(duì)電壓的影響，易產(chǎn)生電壓的波動(dòng)和閃變。在對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)進(jìn)行連接的過(guò)程中，若連接位置與配電變壓器非常接近時(shí)，則此接入工作只會(huì)輕微地影響電網(wǎng)產(chǎn)生電壓閃變，但是接連位置與配電變壓器非?？拷鼤r(shí)，則會(huì)對(duì)電流產(chǎn)生較大影響，會(huì)造成饋線附近電壓的大幅度波動(dòng)，致使用于發(fā)電的用電設(shè)備受到損害，進(jìn)一步使其正常的運(yùn)行狀態(tài)受到影響。除此之外，由于接入了風(fēng)力發(fā)電，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓升高，特別是當(dāng)前用于風(fēng)力發(fā)電的電機(jī)較多的為異步電機(jī)，此發(fā)電機(jī)在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的構(gòu)建時(shí)會(huì)消耗大量的無(wú)功功率，這些功率的分布嚴(yán)重影響著整個(gè)電壓的情況，在利用并網(wǎng)技術(shù)對(duì)這些發(fā)電大規(guī)模進(jìn)行入網(wǎng)處理之后，就會(huì)消耗掉其中的一大部分無(wú)功功率，這會(huì)在一定程度上提高線路上的壓降。

4 風(fēng)力發(fā)電電能控制要點(diǎn)

4.1 并網(wǎng)諧波控制

想要降低風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的影響，需要選擇合適有效的方法來(lái)進(jìn)行電能質(zhì)量控制，比較成熟的方法如抑制諧波。可向系統(tǒng)增設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，利用其所具有的判斷無(wú)功功率狀態(tài)是否變化的特點(diǎn)，來(lái)對(duì)可能產(chǎn)生變化的無(wú)功功率狀態(tài)進(jìn)行可靠跟蹤，實(shí)際應(yīng)用準(zhǔn)確度高且反應(yīng)迅速。并且，增設(shè)的靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備還能夠調(diào)節(jié)電壓的起伏程度，例如因?yàn)轱L(fēng)速變化不穩(wěn)定時(shí)，使得電壓大小起伏變化，以此來(lái)有效消除諧波，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)不會(huì)影響到電網(wǎng)的電能質(zhì)量[3]。

4.2 電壓波動(dòng)與閃變控制

①增設(shè)有源電力濾波設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，為避免過(guò)程中出現(xiàn)電壓閃變問(wèn)題，需要在負(fù)荷電流產(chǎn)生較大波動(dòng)前，對(duì)因負(fù)荷變化產(chǎn)生的無(wú)功電流進(jìn)行補(bǔ)償，做到補(bǔ)償負(fù)荷電流的目的。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，可關(guān)斷電子設(shè)備作為其中的零件之一，將其應(yīng)用到有源電力濾波設(shè)備中，能夠通過(guò)電子控制設(shè)備來(lái)將此過(guò)程中的系統(tǒng)電源更換掉，實(shí)現(xiàn)畸變電流向電壓負(fù)荷的輸送，確定只向負(fù)荷電流提供系統(tǒng)正弦基波電流。②增設(shè)優(yōu)良補(bǔ)償設(shè)裝置。為有效抑制電壓波動(dòng)的產(chǎn)生，可選擇向系統(tǒng)增設(shè)動(dòng)態(tài)恢復(fù)設(shè)備以及增設(shè)優(yōu)良補(bǔ)償裝置的方式應(yīng)對(duì)。通過(guò)補(bǔ)償裝置自身具有的可存儲(chǔ)能量單元，來(lái)確保無(wú)功功率被提供出去的同時(shí)可以再次進(jìn)行補(bǔ)償，避免電壓變動(dòng)造成的不良影響，達(dá)到控制電網(wǎng)電能質(zhì)量的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而可選擇的并網(wǎng)技術(shù)雖然實(shí)際應(yīng)用效果良好，但依然存在一定問(wèn)題，為保證并網(wǎng)不會(huì)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，還需要做更為深入的研究。同時(shí)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)確定風(fēng)電并網(wǎng)電能質(zhì)量控制的要點(diǎn)，不僅要增設(shè)各項(xiàng)設(shè)備，還應(yīng)改善電功率因素，科學(xué)合理的選擇確定供電線路導(dǎo)線截面等，爭(zhēng)取通過(guò)多項(xiàng)措施來(lái)維持電網(wǎng)的高質(zhì)量供電。