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

于龍飛，王天闊

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州310030）

隨著發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展，中國現(xiàn)能夠更加科學(xué)合理地應(yīng)用天然能量，將其轉(zhuǎn)變成電能，以此來達(dá)到資源可再生的目的。發(fā)電技術(shù)主要涉及到風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、水力發(fā)電技術(shù)等，其中風(fēng)力發(fā)電屬于現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的一種發(fā)電技術(shù)。當(dāng)前中國風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，對中國整體電網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生了更大的影響，一般風(fēng)力發(fā)電廠都建在人煙稀少的區(qū)域，這就使得風(fēng)力發(fā)電極易受到區(qū)域內(nèi)各種自然因素的影響，而在很大程度上制約著中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展[1]?；诖耍嚓P(guān)部門必須強(qiáng)化對風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的分析與探究，對電能的具體傳輸質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)合理的控制，從而更好地推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展進(jìn)步。

1 簡述風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

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

同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行融合，在同步發(fā)電機(jī)的具體運(yùn)行中，能夠較好地確保輸出功率的合理性；在發(fā)電機(jī)組的順利運(yùn)行中，能夠?yàn)槠涮峁┮欢ǖ臒o功功率，并在極大程度上提升周波的可靠性，實(shí)現(xiàn)電能的有效傳輸。關(guān)于電力發(fā)電中同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，仍然存在一些問題，即會(huì)發(fā)生較大的風(fēng)速波動(dòng)問題，致使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)過大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，這就在一定程度上影響發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)調(diào)速，也無法較好地確保發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)調(diào)速的精準(zhǔn)度[2]?；诖?，相關(guān)人員需要對這一隱患進(jìn)行深入探究，通過在電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)之間對變頻器進(jìn)行恰當(dāng)安裝，以此來確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，有效強(qiáng)化并網(wǎng)的整體質(zhì)量。

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

這一技術(shù)主要是由異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)所構(gòu)成，通過有機(jī)融合這兩部分，就無需要求異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有較高的精確度，僅要求發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和同步轉(zhuǎn)速之間的差別較小即可。同時(shí)，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)中涉及到的控制裝置并不復(fù)雜，在完成并網(wǎng)后，能夠顯著提升該發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量。而異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)在具體實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些問題，例如，產(chǎn)生過大的沖擊電流，減小電力系統(tǒng)中的電壓值，引發(fā)運(yùn)行安全隱患；電力系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生無功補(bǔ)償與磁路飽和，這就在一定程度上增加無功激磁電流，減小低電力系統(tǒng)功率值。針對上述問題，相關(guān)部門必須切實(shí)做好電力系統(tǒng)的監(jiān)督工作，加大對各種問題的預(yù)防力度，以此來確保異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的有效性[3]。

同時(shí)，在異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，并不要求其調(diào)速具備較高的精準(zhǔn)度，因此無需安裝同步設(shè)施和進(jìn)行整步操作，僅需確保同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速統(tǒng)一即可，但注意不可存在過大的差距。當(dāng)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相結(jié)合以后，其控制裝置相對比較簡單，且異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后，也不會(huì)產(chǎn)生無功振蕩或是失步問題，這就有效保障了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性[4]。然而也會(huì)存在一些問題，即兩個(gè)發(fā)電機(jī)直接完成并網(wǎng)，往往會(huì)出現(xiàn)沖擊電流，減少電壓值，在極大程度上影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此相關(guān)部門必須強(qiáng)化電力系統(tǒng)的監(jiān)督工作，做好相應(yīng)的預(yù)防工作。

2 風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)質(zhì)量的影響

2.1 諧波影響

在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)很多諧波，這就在很大程度上影響了整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行情況，具體體現(xiàn)為：①并網(wǎng)過程存在的逆變器會(huì)產(chǎn)生諧波；②待將風(fēng)力電源接通以后，在運(yùn)行過程中往往會(huì)出現(xiàn)諧波。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)入了諧波后，這就大大降低整個(gè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的電能質(zhì)量。同時(shí)，當(dāng)下風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)主要采用軟并網(wǎng)技術(shù)，但該技術(shù)的使用會(huì)使整個(gè)并網(wǎng)過程中出現(xiàn)過大的沖擊電流，一旦切出風(fēng)速小于外界風(fēng)速，將會(huì)造成風(fēng)機(jī)脫離額定處理狀態(tài)，并嚴(yán)重影響到電網(wǎng)電能質(zhì)量。

2.2 電壓波和閃變影響

隨著風(fēng)電容量持續(xù)增加，在并網(wǎng)過程中極易影響到電網(wǎng)電壓，形成電壓波動(dòng)和閃變。若風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過程中，連接處與配電變壓器之間的間隔距離太小，風(fēng)電接入電網(wǎng)后形成的電壓閃變并不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，但會(huì)大大影響到電網(wǎng)電流，從而損壞到發(fā)電的用電設(shè)備。同時(shí)，當(dāng)接入風(fēng)力發(fā)電后，會(huì)在很大程度上增大電網(wǎng)電壓，特別是當(dāng)下風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用普遍選擇異步電機(jī)，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，建立旋轉(zhuǎn)磁場往往會(huì)耗費(fèi)大量的無功功率，這就影響到電網(wǎng)電壓，導(dǎo)致電網(wǎng)線路上的壓降增大[5]。

3 風(fēng)力發(fā)電的電能質(zhì)量控制策略

3.1 有效抑制諧波

在風(fēng)力電網(wǎng)并網(wǎng)的具體落實(shí)中，需要科學(xué)運(yùn)用靜止無功補(bǔ)償器來抑制諧波的危險(xiǎn)，以此有效提高整體電能的質(zhì)量控制效果。關(guān)于靜止無功補(bǔ)償器，其具有極快的反應(yīng)速度，可全過程跟蹤不斷變化的無功功率，并對因風(fēng)速不穩(wěn)定而造成的電壓變化等問題進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)，從而對諧波進(jìn)行有效濾除，保障整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性。

3.2 有效控制閃變和電壓波動(dòng)

為能夠有效確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量，相關(guān)部門應(yīng)密切關(guān)注電壓閃變問題。若出現(xiàn)電壓閃變問題，相關(guān)人員應(yīng)對這一問題進(jìn)行細(xì)致觀察，查明負(fù)荷電流的波動(dòng)情況，結(jié)合這一情況來完成無功電流補(bǔ)償處理，借助有源電力濾波器波動(dòng)來對電力急劇波動(dòng)問題進(jìn)行有效處理，通過該設(shè)備來提高響應(yīng)能力，對電壓閃變進(jìn)行科學(xué)控制與處理。針對由有功功率出現(xiàn)急速波動(dòng)而引發(fā)的電壓閃變問題，相關(guān)人員應(yīng)借助補(bǔ)償裝置來對有功功率、無功功率進(jìn)行合理補(bǔ)償，需借助儲能單元的作用，讓動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)期能夠盡快將電壓傳輸至系統(tǒng)之中，從而對電壓波動(dòng)造成的一系列問題進(jìn)行緩解。

3.3 強(qiáng)化并網(wǎng)管理

在風(fēng)力電網(wǎng)并網(wǎng)工作中，相關(guān)部門需要構(gòu)建風(fēng)電信息統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，其中涉及到風(fēng)電設(shè)計(jì)規(guī)劃、前期準(zhǔn)備、建設(shè)、并網(wǎng)及運(yùn)行等一系列的信息數(shù)據(jù)庫，可為相關(guān)企業(yè)、政府提供真實(shí)、準(zhǔn)確、高效、公開的風(fēng)電信息服務(wù)。同時(shí)，相關(guān)部門應(yīng)強(qiáng)化風(fēng)電接入系統(tǒng)工程管理，確保風(fēng)電并網(wǎng)送出，即嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來有效管理風(fēng)電接入系統(tǒng)。若風(fēng)電基地項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模較大，應(yīng)在正式建設(shè)前做好風(fēng)場接入系統(tǒng)與送出工程準(zhǔn)備工作；針對地方核準(zhǔn)的風(fēng)電建設(shè)項(xiàng)目，應(yīng)切實(shí)做好年度計(jì)劃管理；需高度重視風(fēng)電并網(wǎng)管理工作，結(jié)合自身實(shí)際情況來制定科學(xué)合理的并網(wǎng)檢測等配套標(biāo)準(zhǔn)和要求，構(gòu)建強(qiáng)制性入網(wǎng)認(rèn)證與并網(wǎng)檢測制度；還需不斷提升自身的風(fēng)電并網(wǎng)檢測能力，根據(jù)自身的經(jīng)濟(jì)水平來盡量配備足夠的測試設(shè)備，組建一支高素質(zhì)的專業(yè)測試人才隊(duì)伍，以此來確保大規(guī)模并網(wǎng)檢測工作能夠順利開展[6]。此外，相關(guān)部門應(yīng)強(qiáng)化風(fēng)電運(yùn)行管理，積極完善風(fēng)電功率預(yù)測功能，盡快構(gòu)建風(fēng)電調(diào)度計(jì)劃管理體系及申報(bào)考核體制，從而顯著提升并網(wǎng)管理質(zhì)量。

3.4 優(yōu)化機(jī)組設(shè)計(jì)

在風(fēng)力發(fā)電過程中，相關(guān)部門必須重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中每個(gè)環(huán)節(jié)是否科學(xué)連接，對相關(guān)設(shè)備的有效性進(jìn)行嚴(yán)格控制，針對風(fēng)電機(jī)組的選擇，應(yīng)盡量選擇小體積、大兆瓦的風(fēng)電機(jī)組，以此來確保在實(shí)際建設(shè)過程中可以更加便利地運(yùn)輸風(fēng)電機(jī)組，較好地保障吊裝的安全性，還能夠較好地控制風(fēng)電場的建設(shè)成本。同時(shí)，應(yīng)注重提高葉輪捕風(fēng)能力與風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，以此來顯著提升整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定性，并大大提高風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效率。

3.5 加大對故障的診斷力度

在風(fēng)電并網(wǎng)工作中，相關(guān)部門應(yīng)注重提高有關(guān)工作人員的綜合素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力，通過定期組織相關(guān)人員進(jìn)行專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)和教育，使之能夠充分掌握風(fēng)電并網(wǎng)中相關(guān)設(shè)備設(shè)施的結(jié)構(gòu)、故障診斷方法、損失維修方法、日常維護(hù)措施等，還需加大先進(jìn)技術(shù)的普及力度，要求相關(guān)人員及時(shí)掌握無人機(jī)風(fēng)機(jī)自動(dòng)巡航技術(shù)、智能識別與檢測報(bào)告自動(dòng)化出具技術(shù)等，以此來有效提升相關(guān)人員的整體素質(zhì)，為人們提供更加高質(zhì)量的風(fēng)電服務(wù)。

4 結(jié)語

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)是一種新型的電力生產(chǎn)技術(shù)，通過對這一技術(shù)的有效應(yīng)用，可較好地保障中國風(fēng)力發(fā)電的電能質(zhì)量。然而在該技術(shù)的具體應(yīng)用過程中，往往會(huì)受到諧波、電壓波和閃變的影響，對此，相關(guān)部門必須充分分析和探究該技術(shù)，采取有效措施來對這些影響因素引發(fā)的問題進(jìn)行解決，以此來確保風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的作用得到全面發(fā)揮。