風力發電并網技術及電能質量控制研究

于龍飛，王天闊

（華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州310030）

隨著發電技術的迅速發展，中國現能夠更加科學合理地應用天然能量，將其轉變成電能，以此來達到資源可再生的目的。發電技術主要涉及到風力發電技術、水力發電技術等，其中風力發電屬于現階段應用最為廣泛的一種發電技術。當前中國風力發電廠建設數量和規模不斷擴大，對中國整體電網技術系統產生了更大的影響，一般風力發電廠都建在人煙稀少的區域，這就使得風力發電極易受到區域內各種自然因素的影響，而在很大程度上制約著中國風力發電的發展[1]。基于此，相關部門必須強化對風力發電并網技術的分析與探究，對電能的具體傳輸質量進行科學合理的控制，從而更好地推動風力發電的發展進步。

1 簡述風力發電并網技術

1.1 同步風力發電機組并網技術

同步風力發電機組通過對風力發電機和同步發電機進行融合，在同步發電機的具體運行中，能夠較好地確保輸出功率的合理性；在發電機組的順利運行中，能夠為其提供一定的無功功率，并在極大程度上提升周波的可靠性，實現電能的有效傳輸。關于電力發電中同步風力發電機組并網技術的應用，仍然存在一些問題，即會發生較大的風速波動問題，致使轉子出現過大的轉矩波動，這就在一定程度上影響發電機組并網調速，也無法較好地確保發電機組并網調速的精準度[2]。基于此，相關人員需要對這一隱患進行深入探究，通過在電網與發電機之間對變頻器進行恰當安裝，以此來確保電力系統運行的穩定性，有效強化并網的整體質量。

1.2 異步風力發電機組并網技術

這一技術主要是由異步風力發電機、風力發電機所構成，通過有機融合這兩部分，就無需要求異步風力發電機具有較高的精確度，僅要求發電機的轉動速度和同步轉速之間的差別較小即可。同時，異步風力發電機中涉及到的控制裝置并不復雜，在完成并網后，能夠顯著提升該發動機的運行質量。而異步風力發電機組并網在具體實踐中，往往會出現一些問題，例如，產生過大的沖擊電流，減小電力系統中的電壓值，引發運行安全隱患；電力系統會產生無功補償與磁路飽和，這就在一定程度上增加無功激磁電流，減小低電力系統功率值。針對上述問題，相關部門必須切實做好電力系統的監督工作，加大對各種問題的預防力度，以此來確保異步風力發電機組并網運行的有效性[3]。

同時，在異步風力發電機運行過程中，并不要求其調速具備較高的精準度，因此無需安裝同步設施和進行整步操作，僅需確保同步轉速和轉速統一即可，但注意不可存在過大的差距。當異步風力發電機與風力發電機相結合以后，其控制裝置相對比較簡單，且異步風力發電機組并網后，也不會產生無功振蕩或是失步問題，這就有效保障了電力系統運行的可靠性與安全性[4]。然而也會存在一些問題，即兩個發電機直接完成并網，往往會出現沖擊電流，減少電壓值，在極大程度上影響到電力系統的穩定運行，因此相關部門必須強化電力系統的監督工作，做好相應的預防工作。

2 風電并網對電網質量的影響

2.1 諧波影響

在風力發電并網時，往往會出現很多諧波，這就在很大程度上影響了整個電網的運行情況，具體體現為：①并網過程存在的逆變器會產生諧波；②待將風力電源接通以后，在運行過程中往往會出現諧波。當電網系統中進入了諧波后，這就大大降低整個電網結構的電能質量。同時，當下風力發電并網主要采用軟并網技術，但該技術的使用會使整個并網過程中出現過大的沖擊電流，一旦切出風速小于外界風速，將會造成風機脫離額定處理狀態，并嚴重影響到電網電能質量。

2.2 電壓波和閃變影響

隨著風電容量持續增加，在并網過程中極易影響到電網電壓，形成電壓波動和閃變。若風力發電并網過程中，連接處與配電變壓器之間的間隔距離太小，風電接入電網后形成的電壓閃變并不會產生較大的影響，但會大大影響到電網電流，從而損壞到發電的用電設備。同時，當接入風力發電后，會在很大程度上增大電網電壓，特別是當下風力發電應用普遍選擇異步電機，在發電機運行過程中，建立旋轉磁場往往會耗費大量的無功功率，這就影響到電網電壓，導致電網線路上的壓降增大[5]。

3 風力發電的電能質量控制策略

3.1 有效抑制諧波

在風力電網并網的具體落實中，需要科學運用靜止無功補償器來抑制諧波的危險，以此有效提高整體電能的質量控制效果。關于靜止無功補償器，其具有極快的反應速度，可全過程跟蹤不斷變化的無功功率，并對因風速不穩定而造成的電壓變化等問題進行科學調節，從而對諧波進行有效濾除，保障整個電網運行的安全性與可靠性。

3.2 有效控制閃變和電壓波動

為能夠有效確保電力系統的正常運行，提高風力發電電能質量，相關部門應密切關注電壓閃變問題。若出現電壓閃變問題，相關人員應對這一問題進行細致觀察，查明負荷電流的波動情況，結合這一情況來完成無功電流補償處理，借助有源電力濾波器波動來對電力急劇波動問題進行有效處理，通過該設備來提高響應能力，對電壓閃變進行科學控制與處理。針對由有功功率出現急速波動而引發的電壓閃變問題，相關人員應借助補償裝置來對有功功率、無功功率進行合理補償，需借助儲能單元的作用，讓動態電壓恢復期能夠盡快將電壓傳輸至系統之中，從而對電壓波動造成的一系列問題進行緩解。

3.3 強化并網管理

在風力電網并網工作中，相關部門需要構建風電信息統計分析系統，其中涉及到風電設計規劃、前期準備、建設、并網及運行等一系列的信息數據庫，可為相關企業、政府提供真實、準確、高效、公開的風電信息服務。同時，相關部門應強化風電接入系統工程管理，確保風電并網送出，即嚴格根據相關規范和標準來有效管理風電接入系統。若風電基地項目的建設規模較大，應在正式建設前做好風場接入系統與送出工程準備工作；針對地方核準的風電建設項目，應切實做好年度計劃管理；需高度重視風電并網管理工作，結合自身實際情況來制定科學合理的并網檢測等配套標準和要求，構建強制性入網認證與并網檢測制度；還需不斷提升自身的風電并網檢測能力，根據自身的經濟水平來盡量配備足夠的測試設備，組建一支高素質的專業測試人才隊伍，以此來確保大規模并網檢測工作能夠順利開展[6]。此外，相關部門應強化風電運行管理，積極完善風電功率預測功能，盡快構建風電調度計劃管理體系及申報考核體制，從而顯著提升并網管理質量。

3.4 優化機組設計

在風力發電過程中，相關部門必須重點關注風力發電機組中每個環節是否科學連接，對相關設備的有效性進行嚴格控制，針對風電機組的選擇，應盡量選擇小體積、大兆瓦的風電機組，以此來確保在實際建設過程中可以更加便利地運輸風電機組，較好地保障吊裝的安全性，還能夠較好地控制風電場的建設成本。同時，應注重提高葉輪捕風能力與風能轉化效率，以此來顯著提升整個設備的穩定性，并大大提高風電機組的運行效率。

3.5 加大對故障的診斷力度

在風電并網工作中，相關部門應注重提高有關工作人員的綜合素質和業務能力，通過定期組織相關人員進行專業的技術培訓和教育，使之能夠充分掌握風電并網中相關設備設施的結構、故障診斷方法、損失維修方法、日常維護措施等，還需加大先進技術的普及力度，要求相關人員及時掌握無人機風機自動巡航技術、智能識別與檢測報告自動化出具技術等，以此來有效提升相關人員的整體素質，為人們提供更加高質量的風電服務。

4 結語

綜上所述，風力發電并網技術是一種新型的電力生產技術，通過對這一技術的有效應用，可較好地保障中國風力發電的電能質量。然而在該技術的具體應用過程中，往往會受到諧波、電壓波和閃變的影響，對此，相關部門必須充分分析和探究該技術，采取有效措施來對這些影響因素引發的問題進行解決，以此來確保風力發電并網技術的作用得到全面發揮。