風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制措施探討

康渭濱

摘 要：能源問題是一個(gè)全球性問題，而提高能自然源利用率可有效緩解能源短缺問題。在我國大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的政策下，風(fēng)力發(fā)電以其清潔無污染、無限可再生等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但是風(fēng)力發(fā)電過程必須加強(qiáng)電能的質(zhì)量控制，本文淺議了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量的控制措施。

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

一、風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

（一）同步并網(wǎng)技術(shù)

同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)并沒有被大規(guī)模的應(yīng)用推廣，主要是因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)速度無法與同步發(fā)電機(jī)組的步調(diào)完全一致。同步發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)力發(fā)電動力組與同步發(fā)電動力組合理結(jié)合，其最理想的狀態(tài)是同步發(fā)電機(jī)組與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間的步調(diào)完全一致。但是由于風(fēng)速具有一定的不確定性，導(dǎo)致發(fā)電轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)一定幅度的波動，降低來了發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)調(diào)速精度。若將二者結(jié)合起來，需考慮風(fēng)力作用下的同步發(fā)電機(jī)組與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組步調(diào)不一致所造成的各種隱患。現(xiàn)階段的處理方法多為在電網(wǎng)和發(fā)電之間安裝變頻器，以減小失步的不穩(wěn)定性和電力系統(tǒng)的無功震蕩。

（二）異步并網(wǎng)技術(shù)

異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)主要是借助轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷的調(diào)整，其具體的調(diào)整精度要求并不高，在設(shè)備的安裝過程中也沒有同步并網(wǎng)技術(shù)繁瑣，并且可以省去整部操作步驟，只要保證兩者的轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中運(yùn)轉(zhuǎn)速速接近即可。同時(shí)，異步發(fā)電機(jī)組也有其不足，如兩者在并網(wǎng)操作過程中很容易產(chǎn)生沖擊電流，若沖擊電流過大，則會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓水下降，對整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成威脅，甚至可能會造成整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的癱瘓。想要從根源上解決異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問題難度很大，只有加強(qiáng)對異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)管，才是目前最有效的方法。

二、風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)對電能質(zhì)量的影響因素

（一）諧波干擾

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)過程中，最容易受一系列諧波因素的影響，諧波的產(chǎn)生主要有以下兩個(gè)方面：第一是在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過程中涉及到的逆變器產(chǎn)生的諧波。第二是在電源接通后系統(tǒng)自身運(yùn)行過程中會形成諧波源。而諧波的引入會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成不利影響。另外，目前大多數(shù)的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)采用軟并網(wǎng)技術(shù)完成，而該技術(shù)的操作不僅容易產(chǎn)生大量的沖擊電流，而且當(dāng)切出風(fēng)速低于外界風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)會從額定出力狀態(tài)自動退出運(yùn)行，打破電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。

（二）電壓波動

在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)連接中，若連接地址與配電變壓器的位置過近，則此接入工作會對電網(wǎng)產(chǎn)生輕微的電壓波變，而如果連接位置與配電變壓器非常接近時(shí)，則會產(chǎn)生較大電流的變化，從而使饋線附近產(chǎn)生較大電壓波動，對電子發(fā)電設(shè)備造成損害，進(jìn)而影響電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，制約電網(wǎng)的正常供電。除此之外，電網(wǎng)電壓的變化受風(fēng)電系統(tǒng)有功和無功功率的影響。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入會導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)電壓值的上升，當(dāng)用于發(fā)電的電機(jī)為異步電機(jī)時(shí)，發(fā)電機(jī)在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)磁場的構(gòu)建時(shí)會消耗大量的無功功率，從而嚴(yán)重影響整個(gè)電壓情況，而且會使并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組在持續(xù)運(yùn)行中產(chǎn)生電壓波動和閃變。

三、風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)對電能質(zhì)量控制的有效措施

（一）諧波按捺消除

要消減風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過程中造成的電能質(zhì)量下降，首先需要從并網(wǎng)技術(shù)中的不利因素考慮，而按捺消除諧波是十分重要的手段之一。諧波的消除需要用到特殊的設(shè)備，如靜止無功補(bǔ)償器，該設(shè)備是由多臺可投切電容器、電抗器和諧波濾波裝置構(gòu)成，因其反應(yīng)速度快，反響強(qiáng)烈，并且能夠針對無功變化功率進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。除此之外，該裝置能夠?qū)︼L(fēng)速不穩(wěn)定引起的電壓起伏進(jìn)行調(diào)整，從而更好地消除諧波，整體提升電網(wǎng)的電能供應(yīng)質(zhì)量。

（二）控制電壓波動

電壓波動以及閃變嚴(yán)重影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，針對電壓閃變，可采用安裝特殊設(shè)備來解決，如有源電力濾波器。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)閃變現(xiàn)象時(shí)，負(fù)荷電流會產(chǎn)生強(qiáng)烈的波動，而此時(shí)補(bǔ)償因負(fù)荷變化而產(chǎn)生的無功電流可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償負(fù)荷電流的目的。有源電力濾波器中的可關(guān)斷電子設(shè)備可替換該過程中的系統(tǒng)電源，將畸變電流輸送給電壓負(fù)荷，從而使系統(tǒng)的正弦基波電流只提供給負(fù)荷電流。有源電力濾波的敏捷呼應(yīng)、抵償容量小和超高穩(wěn)定性對動搖電壓的操控效果十分顯著。另外，通過加設(shè)動態(tài)電壓恢復(fù)設(shè)備、添加具有更好性能的補(bǔ)償裝置也可有效控制電壓的波動范圍，進(jìn)一步提升電能質(zhì)量。

（三）加強(qiáng)并網(wǎng)管理

影響風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量的因素十分復(fù)雜，在實(shí)際的工作過程中應(yīng)加強(qiáng)對并網(wǎng)工作的監(jiān)督管理。針對風(fēng)電并網(wǎng)工作，應(yīng)創(chuàng)立完善的風(fēng)電信息監(jiān)督管理平臺，建立集風(fēng)電規(guī)劃、前期、建設(shè)、并網(wǎng)、運(yùn)行等一系列的信息數(shù)據(jù)庫，保證風(fēng)電服務(wù)信息的及時(shí)、準(zhǔn)確、公開、透明。為保證風(fēng)電并網(wǎng)送出質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)風(fēng)電接入系統(tǒng)工程的管理。對大型風(fēng)電項(xiàng)目，應(yīng)提高對風(fēng)電并網(wǎng)管理的重視程度，加快研究設(shè)計(jì)和制定并網(wǎng)檢測等配套設(shè)備，并加強(qiáng)對各種風(fēng)電生產(chǎn)設(shè)備的入網(wǎng)認(rèn)證和并網(wǎng)檢測的力度。合理增加并網(wǎng)測試工程和測試設(shè)備，引進(jìn)高水平測試人才，逐漸適應(yīng)大規(guī)模并網(wǎng)檢測需求。尤其是針對千萬千瓦級的風(fēng)電項(xiàng)目大規(guī)模送出需進(jìn)行充分的檢測論證。

（四）優(yōu)化機(jī)組設(shè)計(jì)

對于發(fā)電廠而言，除了要關(guān)注設(shè)備本身問題以外，如大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)引起的次同步震蕩問題，還需從整體的角度去進(jìn)行優(yōu)化。從風(fēng)力發(fā)電廠中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、輸電線路以及SVG、變電設(shè)備等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)分析，對于電能質(zhì)量的提升意義重大。無論是從單個(gè)設(shè)備的可靠性還是從系統(tǒng)的可靠性考慮，都需要從技術(shù)和管理兩個(gè)層面入手，才能夠整體提高發(fā)電效率和質(zhì)量。在技術(shù)方面，可根據(jù)機(jī)組并網(wǎng)容量的不斷提升，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)組設(shè)計(jì)，革新并網(wǎng)思路。風(fēng)電出力的隨機(jī)波動導(dǎo)致線路無功的流向和規(guī)模頻繁變化，只依靠電網(wǎng)的無功調(diào)節(jié)是無法滿足風(fēng)電波動對電壓的影響的。而對風(fēng)電的波動性進(jìn)行合理的電源調(diào)峰，最大程度地滿足負(fù)荷平衡十分重要。

四、結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電將是未來新能源發(fā)展的必然趨勢，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)對電網(wǎng)的電能質(zhì)量影響深遠(yuǎn)。由于目前的風(fēng)力發(fā)電過程中存在諧波及電壓閃變等因素的影響，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電的電能質(zhì)量還不是十分理想。在日后的風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中，優(yōu)化并網(wǎng)技術(shù)的安全性和穩(wěn)定性，提升電能質(zhì)量將是研究重點(diǎn)。

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