風力發電并網技術及電能質量控制策略

樊裕博

中廣核風力發電有限公司黑龍江分公司，黑龍江哈爾濱 150000

風力發電并網技術及電能質量控制策略

樊裕博

中廣核風力發電有限公司黑龍江分公司，黑龍江哈爾濱 150000

風能是作為可再生、清潔能源，得到了國家的大力支持。由于風力發電廠規模越來越大，在我國電力事業中占有的比重也逐漸的升高，再加之風能的特殊性，所以風力發電場通常位于人煙稀少的區域，因此需要承受更大的沖擊，如不加以解決，很有可能會對整個電力網造成諧波污染或者是其他方面的質量問題。本文主要通過對風力發電并網技術的介紹，詳細的分析了風力發電機并網與運行試驗，進而探討了風力發電電能質量控制策略，僅供參考借鑒。

風力發電；并網技術；電能質量；控制策略

風力發電網技術主要包含兩種技術，一種是同步風力發電機組并網技術；另一種是異步風力發電機組并網技術。前者還處于研究階段，只是大規模試用，而后者應用范圍比較廣，但是運用期間需要注意的問題比較多。

1 風力發電并網技術

1.1 同步風力發電機組并網技術

同步風力發電機組實際上，就是同步發電機與風力發電機的有機融合。同步發電機運行期間，不但可以輸出有功功率，還能夠提供無功功率，與此同時，還能夠保證周波穩定，整體電能質量明顯提升，因此我國很多電力系統中都選擇應用同步發電機。如何能夠將同步發電機與風力發電機有機融合，一直是電力專家學者重點研究的對象。絕大多數情況下，因為風速波動比較明顯，會使得轉子轉矩出現大幅度波動，這就會使得并網調速無法滿足同步發電機的精度要求。如果并網之后，工作人員未能充分的考慮到上述問題，尤其是重載運行時，整個系統會非常有可能出現無功振蕩或者是失步現象。也正是因為如此，同步發電機一直都未得到大規模的應用。隨著變頻裝置的研發與應用，上述問題已經得到了很好的解決。所以越來越多的專家學者同步風力發電機組并網技術又開始重視。

1.2 異步風力發電機組并網技術

異步風力發電機對對調速精度沒有過高，既不需要同步設備，也不需要整步操作，轉速與同步轉速基本上保持一致或者是不要相差過大即可。風力發電機與異步風力發電機有機融合之后，整體的控制裝置并不復雜，并網之后基本上不會再出現無功振蕩或者是失步問題，整體運行非常安全可靠。不過，異步發電機機組并網并不容易，需要解決很多問題。比如如果風力發電機與異步風力發電機直接并網，很有可能發生大沖擊電流，此時電壓會降低，這就導致電力系統容易出現運行隱患。與此同時，電力系統自身還存在無功補償問題，而如果又發生磁路飽和現象，則無功激磁電流會進一步的增加，功率因素會因此明顯降低。因此要想保證異步風力發電機組并網之后，安全可靠運行，有關部門務必要注重監督，采取預防策略。

2 風力發電機并網與運行試驗

2.1 軟并網功能試驗

工作人員提高機組主軸速度，如果異步風力發電機轉速保持在92%～99%之間，可以啟動并網接觸器。此時發電機組與電網連接起來，只是兩者之間是由雙向晶閘管充當媒介。另外，還要對晶閘管進行一定的控制，主要是控制其在觸發單元方面的問題，這樣是為了能夠保證晶閘管的導通角能夠按照要求不斷調整和變化，從而達到試驗目的。一般來講，在調整導通角時，其打開速率不能超出要求范圍，且暫態過程在結束之后，還要將旁路開關接通，將晶閘管隔離開來。

2.2 動態無功補償裝置功能特性測試試驗

在該試驗中，機組處于并網運行狀態下，技術人員在對發電機進行相應的調整后，可以使其輸出功率發生變化，從而使機組的負載情況發生變化，此時就可以通過觀察來了解電容補償投切的相關動作是否符合要求。在本試驗的設計中，應當注意該試驗應當在工況比較惡劣的情況下來完成，這樣才能最大程度的保證試驗的可靠性。一般應在風電大/小發工況的兩種情況下進行。因為在風電小發工況下，充電功率比較多，這會導致220kV母線電壓擁有比較高的水平。所以在小發工況下，工作人員只能夠進行無功補償試驗。而在大發工況下，線路重載明顯，會產生大量的無功損耗，母線電壓則呈現出比較低的狀態，所以在大發工況下，工作人員只能夠進行容性無功補償試驗。但是無論哪一種工況下，都需要展開無功綜合控制試驗以及快速相應試驗，以此確定無功補償控制策略是否滿足條件，同時檢測SVG裝置是否處于安全穩定的狀態。

2.3 風電場電能質量測試試驗

風電場電能質量測試指標主要有電壓偏差、諧波等。與此同時，還需要風電場停運過程中的各項并網點進行測試試驗，試驗主要的要點內容是各次諧波電壓是否穩定以及電壓總諧波是否發生畸變等。風電場如果處于正常的運行狀態，則需要對各個功率區間進行測試試驗，于此同時還需要對長時間閃變以及諧波電壓等進行試驗，以此確定風電場諧波電流是否符合要求，達到諧波值的95%。

3 風力發電電能質量控制策略

3.1 諧波的抑制

使用靜止無功補償器可以抑制諧波。該設備主要是由電抗器、諧波過濾裝置等共同構成。靜止無功補償器最顯著的特征就是具有非常強的反應能力，可以實時監測無功功率，而且還能夠對電壓變化進行實時的調整，以此將諧波完全的濾除，以此保證風電發電電能質量。

3.2 電壓波動與閃變抑制

1）有源電力濾波器。電壓閃變是影響風力發電電能質量的重要因素。當電壓閃變發生時，工作人員應該在負荷電流急劇波動時，能夠完成無功電流的補償工作。有源電力濾波器的作用就在于此。該設備優勢突出，具有快速響應能力、同時具有補償容量小的特征，最為重要的是運行過程中，非常安全穩定，具有非常強的控制力，所以對控制電壓波動具有積極的作用。

2）動態電壓恢復器。有功功率出現迅速波動情況，也會使得電壓發生閃變，此時就要求補償裝置既要對無功功率加以補償，又要對有功功率加以補償。動態電壓恢復器中有儲能單元，可以在非常短的時間內就可以向系統傳輸電壓，以此解決電壓波動問題。目前，動態電壓恢復器已經得到了廣泛的應用，是現如今風力發電電能質量控制的最主要手段。

3）統一電能質量控制器。如果既要對電壓加以補償，又要對電流加以補償，則就選擇應用綜合類補償裝置，而統一電能質量控制器就是典型的綜合類補償裝置。該裝置可以將串聯、并聯有效的融合起來，以便用戶能夠解決綜合補償問題。由于統一電能質量控制器功能強大，既能夠進行諧波補償，又能夠控制電能質量，因此得以廣泛應用。

4 結論

綜上所述，可知雖然風力發電并網技術十分先進，但是因為還有些技術問題未能解決，所以我國的風力發電一直都未得到普及。風力發電過程中，由于諧波、電壓波動與閃變的問題，使得電能質量大受影響，工作人員應該運用相應的裝置設備解決上述問題。

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圖1 交流電源濾波和屏蔽線路圖

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TM6

A

1674-6708（2015）150-0043-02