淺析風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能控制

朱志成

（寧夏龍?jiān)葱履茉从邢薰荆瑢幭幕刈遄灾螀^(qū) 銀川 750002）

引言

風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)的勢能轉(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。隨著我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的成熟，風(fēng)力發(fā)電容量不斷增加。但是，風(fēng)力發(fā)電要想得到使用，就要將風(fēng)電并入電網(wǎng)，才能向千家萬戶完成供電。而風(fēng)電并網(wǎng)過程中，卻會對配電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而造成供電質(zhì)量的不穩(wěn)定。基于此，當(dāng)前針對風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的研究還需要不斷深入，從而更好地實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的控制，更好地滿足社會對電能的使用需求。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)電更好地為社會做出貢獻(xiàn)，在滿足社會對電能需求的同時(shí)保證電能質(zhì)量。所以，針對風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)展開研究，對于我國當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電有非常重要的意義。

一、分析風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展?fàn)顟B(tài)

（一）分析風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)

對于風(fēng)力發(fā)電而言，主要是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換成為電力，風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源，受到全世界的廣泛關(guān)注，風(fēng)能本身是十分豐富的能源，比地球上可開發(fā)的水能總量高出十倍左右。我國的風(fēng)能資源十分豐富，可開發(fā)并利用的風(fēng)能高達(dá)10 億千瓦。風(fēng)本身就是一種無公害的能源，且在使用過程中是取之不盡用之不竭的一種能源。在全球范圍內(nèi)還存在缺水、缺燃料以及交通不便的城市，選擇風(fēng)力發(fā)電能規(guī)避出現(xiàn)的諸多能源消耗問題。海上風(fēng)電也是可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域，與此同時(shí)也是促進(jìn)了風(fēng)電技術(shù)不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級以及發(fā)展的必備力量，在現(xiàn)如今能源結(jié)構(gòu)調(diào)整等諸多前提之下，采用風(fēng)電能能夠更好地促進(jìn)調(diào)整的體系促進(jìn)，同時(shí)促進(jìn)我國電力事業(yè)的不斷發(fā)展。

（二）分析風(fēng)力發(fā)電的狀態(tài)

一是單機(jī)容量穩(wěn)步的提升。從二十世紀(jì)八十年代開始，我國的單機(jī)功率從五十千瓦為主要的發(fā)電功率，從九十年代初期開始提升為一百千瓦到三百千瓦為主的發(fā)電功率，從就是年代中期開始提升為四百十五千瓦到六百千瓦為主的發(fā)展功率，在單機(jī)容量不斷發(fā)展的過程中看出，我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也在不斷擴(kuò)大；同時(shí)還能將調(diào)節(jié)方式替代傳統(tǒng)失速功率調(diào)節(jié)模式。失速功率調(diào)節(jié)模式主要存在的問題是由于風(fēng)力發(fā)電組性能受到葉片失速性的影響，整體額定風(fēng)速持續(xù)變高，在風(fēng)速超過額定數(shù)值后發(fā)電的功率就會不斷下降。通過采用變槳調(diào)節(jié)的方式，可以更好地避免上述問題，在現(xiàn)如今風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中得到了十分廣泛的應(yīng)用和推廣。二是變速橫頻方式取代了恒速恒頻方式。變速橫頻的方式能夠控制發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)速，還能夠最大程度上應(yīng)用風(fēng)能儲備，提升風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下的整體效率，當(dāng)前我國也已在風(fēng)力發(fā)電期間慢慢采用變速恒頻的模式；風(fēng)力運(yùn)行的可靠性得到不斷提升。風(fēng)電機(jī)組的年使用率已從之前的百分之五十提升到當(dāng)前的百分之九十五左右，風(fēng)力發(fā)電也變成當(dāng)前最佳的發(fā)電方式，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行階段，會根據(jù)實(shí)際情況采用計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動控制技術(shù)，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行能夠趨于自動化的發(fā)展趨勢。

二、分析風(fēng)電并網(wǎng)對于電網(wǎng)的影響

（一）對電網(wǎng)調(diào)度造成的影響

在傳統(tǒng)的電網(wǎng)配置過程中，多數(shù)的電網(wǎng)是處于較為寬闊的地點(diǎn)，因此地網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)的階段對于整體的線路構(gòu)架和電網(wǎng)后續(xù)的使用維修實(shí)施難度相對比較大，并且因?yàn)椴糠蛛娋W(wǎng)建設(shè)相對缺少資金的投入，因此傳統(tǒng)的電力在構(gòu)建的過程中，智能化設(shè)備程度相對比較低，這樣的問題就會影響到風(fēng)電并網(wǎng)對于電網(wǎng)調(diào)度造成的諸多因素。此外，雖然當(dāng)前已對傳統(tǒng)電網(wǎng)有進(jìn)一步的改進(jìn)，使大部分電網(wǎng)水平在當(dāng)前的運(yùn)行性狀態(tài)下有所保證，但由于人們的生活質(zhì)量不斷提升，對電力的使用消耗也在不斷加大，傳統(tǒng)的電網(wǎng)線路不穩(wěn)定等諸多問題在當(dāng)前的電力使用階段十分常見。由于部分農(nóng)村以及偏遠(yuǎn)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)情況有所限制，在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下網(wǎng)架承載的能力也需隨著居民的使用情況不斷提升，只有這樣才能保證農(nóng)村的正常用電消耗。最后本身風(fēng)能在存儲的過程中，將會存在相對比較多的不穩(wěn)定性的因素，在實(shí)際并網(wǎng)后將會對電網(wǎng)調(diào)度帶來直接影響，也會對居民的正常使用帶來一定的限制，因此在實(shí)際工作中需要引起高度的重視。

（二）對于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的影響

電力系統(tǒng)受到干擾的情況下將會出現(xiàn)電振蕩方面的問題，或大或小的干擾都會對電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性帶來不可估量的影響，在電力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置的過程中，同步發(fā)動機(jī)供應(yīng)勵磁電流的相關(guān)電源及其附屬都被稱之為勵磁系統(tǒng)，一般情況下能夠分成勵磁功率單元與勵磁的調(diào)節(jié)器。在發(fā)電機(jī)中最為關(guān)鍵的組成零件就是勵磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運(yùn)行不僅會對發(fā)電機(jī)的運(yùn)行造成不可忽視的影響，也將會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來不同程度的影響，因此在實(shí)際進(jìn)行工作的過程中，相關(guān)人員要引起重視，避免電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行受到較大的阻礙，為人們提供出更高質(zhì)量的電力供應(yīng)。

（三）分析諧波的影響

結(jié)合現(xiàn)如今風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的實(shí)際情況來進(jìn)行分析，諧波的影響是需要重點(diǎn)面對的問題，風(fēng)電并網(wǎng)所產(chǎn)生的諧波影響，對于整個電網(wǎng)的狀態(tài)會帶來不同程度的影響，通過對諧波出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，其主要是來自以下方面：一是因?yàn)椴⒕W(wǎng)過程中逆變器產(chǎn)生的諧波。二是風(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，會對整個供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成明顯的影響。當(dāng)前我國風(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)速超過了切出風(fēng)速，就會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)并不能維持在額定狀態(tài)下運(yùn)行，這樣也會導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量出現(xiàn)下降的問題，導(dǎo)致其電網(wǎng)無法穩(wěn)定的運(yùn)行。

（四）分析電壓波和閃變

現(xiàn)如今隨著可持續(xù)發(fā)展的理念深入到人們的心目之中，風(fēng)力發(fā)電是作為一種新能源發(fā)電的方式，表現(xiàn)出相對較強(qiáng)的成長性，因此最近幾年來風(fēng)電容量保持較高的增長速度，但是風(fēng)電容量的增加，使其并網(wǎng)對于電網(wǎng)的電壓影響相對比較大，具體來說，就是電壓波動與閃變。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過程中，假如連接位置與配電變壓器之間的距離過小，這種狀態(tài)下風(fēng)電并網(wǎng)盡管電壓閃變的影響相對不大，但是，卻會讓電流影響變大，進(jìn)而導(dǎo)致饋線附近電壓便顯出劇烈的變動，這種變化可能會直接損壞發(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)。同時(shí)異步電機(jī)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)建旋轉(zhuǎn)磁場必然會導(dǎo)致很多的無功功率白白損失，再加上功率分布方式對于電網(wǎng)電壓所帶來的干擾，導(dǎo)致其并網(wǎng)之后一些無功功率將會被逐漸的消耗，因此電網(wǎng)壓降迅速提升，導(dǎo)致電能質(zhì)量受到較大影響。

三、分析風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)電能控制措施

（一）分析并網(wǎng)諧波的控制措施

為了能夠更好地避免風(fēng)電并網(wǎng)所帶來的電能質(zhì)量下降，是需要采取針對性的措施控制電能質(zhì)量，然而現(xiàn)如今主要的方法便是抑制諧波，具體一點(diǎn)來說，便是通過向系統(tǒng)增加靜止無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，之后根據(jù)無功功率有無發(fā)生變化作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，對無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，通過增加靜止無功補(bǔ)償設(shè)備，還可以對電壓的穩(wěn)定性起到有效的控制效果。比如，當(dāng)風(fēng)速波動不穩(wěn)的時(shí)候，電壓就會出現(xiàn)電壓穩(wěn)定性的波動，這樣就能夠達(dá)到消除諧波的目的，這樣便能夠最大程度上降低風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對于電網(wǎng)質(zhì)量所帶來的影響，不斷提高電網(wǎng)運(yùn)行的整體質(zhì)量，促進(jìn)電力行業(yè)自身快速發(fā)展。

（二）優(yōu)化電壓波動和閃變控制

在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的過程中，控制電壓波動和閃變主要是通過以下方面達(dá)到控制效果：一是增加有絕緣的電力濾波設(shè)備。這是現(xiàn)如今風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)中較為常見的一種控制閃變的措施，具體一點(diǎn)來說，就是在負(fù)載電流出現(xiàn)波動之前，主動針對負(fù)荷變化的無功電流實(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。對于整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來說，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。二是增加優(yōu)良補(bǔ)償設(shè)備。通過這種措施可以在一定程度上對電壓波動實(shí)施有效的抑制，進(jìn)而避免出現(xiàn)問題的情況，摒棄采取增加動態(tài)恢復(fù)設(shè)備的方式，這樣一來增加的補(bǔ)償裝置，因?yàn)槠渥陨砭邆淇纱鎯δ芰繂卧阅軌蛟谔峁o功功率的同時(shí)對其予以有效的補(bǔ)償，這樣就能夠防止電壓波動引發(fā)的問題，使電網(wǎng)中的電能質(zhì)量處于較高的水平。

總結(jié)

綜上所述，當(dāng)前，我國的風(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)為社會用電發(fā)揮了重要作用。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，未來風(fēng)力發(fā)電的容量必然會越來越高。但是，我國風(fēng)電在取得成績的同時(shí)，也要看到與國際先進(jìn)國家之間的技術(shù)差距，尤其是我國的風(fēng)電技術(shù)與世界上的風(fēng)電強(qiáng)國如德國相比，還有一定差距，具體表現(xiàn)在風(fēng)電并網(wǎng)過程中容易出現(xiàn)諧波污染與閃變問題，無法保證供電質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定性，這樣既會影響發(fā)電安全，也會影響終端用電安全。所以，要采取有效的方法控制這種不利影響，從而為社會提供更高質(zhì)量的電能。本文針對風(fēng)電并網(wǎng)對電能的主要影響展開了探討和分析，并針對性地總結(jié)了相應(yīng)的優(yōu)化措施，希望能夠?qū)ξ覈L(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。