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

謝鵬

摘 要：該文從同步、異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)兩方面簡要介紹了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，并分析了其對電能質(zhì)量的影響。同時提出抑制諧波以及電壓波動與閃變兩種方法，對電能質(zhì)量進(jìn)行控制。以期使企業(yè)可以更為熟練地應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，并強(qiáng)化企業(yè)對電能質(zhì)量的控制。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)技術(shù) 電能質(zhì)量控制

中圖分類號：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（a）-0041-02

風(fēng)力發(fā)電是我國電能的主要來源之一。如今，風(fēng)力發(fā)電廠的容量不斷增加，開始對電網(wǎng)系統(tǒng)整體造成一定影響。由于風(fēng)力發(fā)電廠往往處于人口數(shù)量較少的區(qū)域，并不位于供電網(wǎng)絡(luò)的中心區(qū)域，故而不會承受大量的沖擊力。因此，風(fēng)力發(fā)電可能會使配電網(wǎng)出現(xiàn)諧波污染或是閃變等問題。且風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性也會導(dǎo)致發(fā)電過程受到影響。因此，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用便成為各企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，如何控制電能質(zhì)量也成為各企業(yè)關(guān)注的問題。

1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)簡介

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

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的選用極為重要，該技術(shù)需要發(fā)電機(jī)所輸出的電壓頻率、幅值及相位方面都同電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓保持一致。若風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組整體容量不斷上升，風(fēng)力發(fā)電在并網(wǎng)過程中針對電網(wǎng)所產(chǎn)生的沖擊力也會相應(yīng)增加。若并網(wǎng)沖擊力過大，不僅會使得電力系統(tǒng)的電壓值有所下降，同時也會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)、塔架以及機(jī)械部分形成一定的磨損。若是并網(wǎng)沖擊時間過長，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)被瓦解，其他掛網(wǎng)機(jī)組的運(yùn)行也會受到不同程度的影響。故而，企業(yè)應(yīng)選用合適的并網(wǎng)技術(shù)。

同步發(fā)電機(jī)在實(shí)際工作時，不僅能夠輸出有功功率，同時也可形成無功功率，確保周波穩(wěn)定，所形成的電能質(zhì)量較高，故而被大部分企業(yè)應(yīng)用于電力系統(tǒng)當(dāng)中。然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于風(fēng)速難以控制，使得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩難以保持穩(wěn)定運(yùn)行，并網(wǎng)過程中，轉(zhuǎn)矩調(diào)速性能難以符合同步發(fā)電機(jī)所需要的精度，若實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)之后，工作人員未對其進(jìn)行控制，尤其處于重載狀態(tài)下，則有幾率出現(xiàn)無功振蕩或是失步等問題。這也成為阻礙同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的主要障礙。如今，電力電子技術(shù)日趨完善，部分企業(yè)可借助技術(shù)以避免上述問題的產(chǎn)生，如將變頻裝置安設(shè)于電機(jī)與電網(wǎng)之中。

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

相比同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)，異步風(fēng)力發(fā)電在實(shí)際工作當(dāng)中，并不需要機(jī)組調(diào)速具有較高的精度，也無需與設(shè)備保持同步或是整步操作，只需轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速基本相同，便可實(shí)施并網(wǎng)。因為異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)只需依靠轉(zhuǎn)差率，便能完成對負(fù)荷的調(diào)節(jié)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組搭配異步發(fā)電機(jī)使用的最大優(yōu)勢在于該搭配無需復(fù)雜的控制裝置。實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)之后，也不會形成無振蕩或是失步等問題，運(yùn)行較為穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)。然而，該技術(shù)同樣存在一定缺陷：第一，如工作人員直接進(jìn)行并網(wǎng)操作，容易形成大沖擊電流，進(jìn)而令電壓逐漸下降，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。第二，系統(tǒng)自身無法形成無功功率，因此需要工作人員補(bǔ)償一定無功功率。第三，不穩(wěn)定系統(tǒng)頻率值超過上限，使得同步轉(zhuǎn)速也相應(yīng)加快，進(jìn)而導(dǎo)致異步發(fā)電機(jī)自發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電動狀態(tài)。倘若不穩(wěn)定系統(tǒng)頻率值下降，也會令異步發(fā)電機(jī)電流大幅增加，從而形成過載現(xiàn)象。因此，若企業(yè)選用異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)，需有工作人員采取一定措施確保異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。

2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)對電能質(zhì)量的影響

由于近些年來風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，其對電能質(zhì)量的影響也隨之增加，其中，部分影響并不利于電網(wǎng)電能質(zhì)量的提高。較為常見的問題便是電壓波動以及閃變。電壓風(fēng)力資源本身具備不穩(wěn)定性，加之風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身運(yùn)行特點(diǎn)，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身輸出功率難以穩(wěn)定，進(jìn)而對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成不利影響。如今，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組往往使用軟并網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，但在設(shè)備啟動過程中依舊會形成沖擊電流，且電流值較大。若切出風(fēng)速低于風(fēng)速，則處于出力工作狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)會自動停止運(yùn)行。不僅如此，風(fēng)速難以控制與風(fēng)機(jī)所形成的塔影效應(yīng)也會對風(fēng)機(jī)處理造成影響，使得風(fēng)機(jī)出力出現(xiàn)波動現(xiàn)象，且波動值處于可以形成電壓閃變的范圍當(dāng)中。故而，即使風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，也會令電網(wǎng)出現(xiàn)閃變現(xiàn)象。

3 控制電能質(zhì)量的具體策略

3.1 抑制諧波

工作人員可通過抑制諧波的方式完成對電能質(zhì)量的控制，即將靜止無功補(bǔ)償設(shè)備添加于系統(tǒng)當(dāng)中。靜止無功補(bǔ)償設(shè)備中包含有電抗器、可投切電容器等多個裝置，該設(shè)備最主要的優(yōu)勢在于其反應(yīng)速度較快，能夠及時確認(rèn)無功功率是否出現(xiàn)變化，并適時跟蹤處于變化狀態(tài)的無功功率。針對由風(fēng)速不穩(wěn)定引發(fā)的電壓起伏現(xiàn)象，該設(shè)備也可以對電壓進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，進(jìn)而消除諧波，確保電網(wǎng)電能質(zhì)量不會受到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的影響。

3.2 抑制電壓波動以及閃變

第一，將有源電力濾波設(shè)備添加于系統(tǒng)當(dāng)中。實(shí)際工作當(dāng)中，工作人員若要避免電壓發(fā)生閃變現(xiàn)象。便需要在發(fā)生負(fù)荷電流出現(xiàn)劇烈波動時，及時補(bǔ)償由于負(fù)荷變化所形成的無功電流，令其可以及時補(bǔ)償負(fù)荷電流。不僅如此，因為有源電力濾波設(shè)備所使用的電子零件為可關(guān)斷電子設(shè)備，所以，工作人員可以使用電子控制設(shè)備替換系統(tǒng)電源，并將畸變電流傳輸至電壓負(fù)荷，借此確保系統(tǒng)將正弦基波電流只提供給負(fù)荷。有源電力濾波設(shè)備具備如下優(yōu)點(diǎn)：其一，反應(yīng)速度快，能夠在短時間內(nèi)響應(yīng)。其二，所形成的電壓波動范圍大。其三，具有較高的閃變補(bǔ)償率。其四，設(shè)備可靠性強(qiáng)，能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

第二，將動態(tài)電壓恢復(fù)設(shè)備添加于系統(tǒng)當(dāng)中。若配電網(wǎng)屬于中低壓類型配電網(wǎng)，則有功功率在高速波動過程中，同樣會發(fā)生電壓閃變的問題。此時，需要補(bǔ)償裝置的性能更為優(yōu)秀，不僅需要補(bǔ)償裝置提供無功功率的補(bǔ)償，還需要其補(bǔ)償一定數(shù)值的有功功率。由于補(bǔ)償設(shè)備自身帶有儲能單元，所以可以有效提高電能整體質(zhì)量。故而，大部分企業(yè)開始利用帶有儲能單元的補(bǔ)償設(shè)備替代原有無功補(bǔ)償設(shè)備。動態(tài)電壓恢復(fù)設(shè)備自帶儲能單元，可于一定范圍內(nèi)按常規(guī)電壓同故障電壓之間的差額，將電壓輸入系統(tǒng)當(dāng)中。該類型補(bǔ)償方法能夠及時避免系統(tǒng)形成電壓波動，使得客戶可以正常使用電能。就目前而言，于系統(tǒng)當(dāng)中添加動態(tài)電壓恢復(fù)設(shè)備是解決諧波以及電壓波動等電能質(zhì)量問題最為有效的方式。除此以外，工作人員還需對電能質(zhì)量控制設(shè)備與其余補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一。若要使統(tǒng)一補(bǔ)償?shù)靡詫?shí)現(xiàn)，需在系統(tǒng)當(dāng)中添加綜合類補(bǔ)償設(shè)備。工作人員可將電能質(zhì)量控制設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一，并將其串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備與并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備有機(jī)結(jié)合。如此一來，補(bǔ)償設(shè)備當(dāng)中既包含有儲能單元的串聯(lián)組合，也包含有儲能單元的并聯(lián)組合，不僅可以將其添加于配電系統(tǒng)當(dāng)中，使其發(fā)揮補(bǔ)償諧波的作用，同時也可以有效提高電能質(zhì)量。

4 結(jié)語

電力電子技術(shù)的發(fā)展較為成熟，企業(yè)使用電力電子技術(shù)對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行控制以及改善電能整體質(zhì)量，對我國電能的發(fā)展具有極為重要的意義。然而，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用尚存在部分問題，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電無法廣泛運(yùn)用于各發(fā)電企業(yè)。作為發(fā)電企業(yè)，應(yīng)加大對風(fēng)能的研究力度，積極提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的工作效率，避免風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過程中形成沖擊電流以及諧波，從而提升我國風(fēng)力發(fā)電水平，為我國提供更為豐富的電力能源。

參考文獻(xiàn)

[1]張國新.風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制策略[J].電力自動化設(shè)備，2012（6）：130-133.

[2]馬昕霞，宋明中，李永光.風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及其對電能質(zhì)量的影響[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2013（3）：283-286，291.

[3]常耀華.對風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)與其電能質(zhì)量控制策略淺論[J].電子制作，2014（1）：266.

[4]齊潔，常耀華.對風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)與其電能質(zhì)量控制策略淺論[J].企業(yè)研究，2014（2）：153.

[5]魏巍，關(guān)乃夫，徐冰.風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制[J].吉林電力，2014（5）：24-26.