風力發(fā)電并網(wǎng)技術及電能質量控制措施

文/趙劍波

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，電力的應用也越來越廣泛，人們在日常生活中越來越離不開電力。我國的發(fā)電方法非常多，主要包括火力發(fā)電，水力發(fā)電以及風力發(fā)電。因為風的可利用性非常強，而且我國風力資源非常豐富，因此我國主要應用的發(fā)電技術還是風力發(fā)電。為了更充分的利用風力能源，我國在風力發(fā)電技術方面發(fā)展的非常迅速。風力發(fā)電技術的進步推動了風力發(fā)電的廣泛應用，也促進了我國風力發(fā)電廠的建設。但是風力發(fā)電的供電網(wǎng)絡中心跟其他發(fā)電方式相比穩(wěn)定性較弱，抵抗外界干擾的能力也比較差，不能受到過于大的沖擊力。這就使得風力發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電過程中經常出現(xiàn)各種各樣的問題，因此如何解決風力發(fā)電容易出現(xiàn)故障的技術性問題和提高風力發(fā)電電能質量問題便顯得越來越重要。本文便是從解決風力發(fā)電穩(wěn)定性較弱，抵抗能力較差的問題出發(fā)，不斷的提高風力發(fā)電的質量，為風力發(fā)電在我國的更廣泛的應用做保障。

1 風力發(fā)電并網(wǎng)技術

風力發(fā)電并網(wǎng)技術是指發(fā)電機輸出的電壓在幅值，頻率以及向位上和電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓是一致的。風力發(fā)電并網(wǎng)是完成風力發(fā)電到電能供應的必要過程，是實現(xiàn)電能輸出的必要環(huán)節(jié)。并網(wǎng)技術的關鍵是確保風力發(fā)電機組輸出，電力能源的電壓和被接入電網(wǎng)的電壓在扶智相位頻率等方面保持一致，能夠保證風力發(fā)電并網(wǎng)實施后，整體電能供應的穩(wěn)定性而目前的風力發(fā)電并網(wǎng)技術主要有兩種，一種是同步風力發(fā)電并網(wǎng)技術，另一種是異步風力發(fā)電并網(wǎng)技術。

同步風力發(fā)電并網(wǎng)技術主要是將風力發(fā)電機和同步發(fā)電機相結合，在進行同步發(fā)電機的運行中能夠有效的輸出有功功率，并且能保證為發(fā)電提供必要的無功功率，促進周波穩(wěn)定性提升，可以有效的提高電能穩(wěn)定性。同步風電發(fā)力機具有工作效率高，體積小，結構緊湊，成本的可靠性高，維護量小等優(yōu)點。該發(fā)電機的轉速平穩(wěn)負載特性強，周波穩(wěn)定，發(fā)電機組發(fā)電電能質量高，這導致同步風力發(fā)電機在風力發(fā)電中的應用十分廣泛。

同步風力發(fā)電并網(wǎng)技術在整個風力發(fā)電技術的應用中占很大的比重。在同步風力發(fā)電并網(wǎng)技術的應用中，風速波動明顯會造成轉子轉距出現(xiàn)較大的波動，容易影響發(fā)電機組并網(wǎng)調速的準確性。為了解決這個問題，可以采用在電網(wǎng)和發(fā)電機組之間安裝變頻器的方法避免電力系統(tǒng)無功震蕩和步失，有效的提高并網(wǎng)質量。

異步風力發(fā)電并網(wǎng)技術跟同步風力發(fā)電并網(wǎng)技術相比，其主要是借助轉差率實現(xiàn)對發(fā)電機的運行復合的調整目標，在具體的調速精度方面要求并不高。這種技術能夠減少相關同步，設備安裝的繁瑣，也可以省去整部操作環(huán)節(jié)，實現(xiàn)轉速的適當調整。但是這種技術也有缺點，他在具體的并網(wǎng)操作中可能會產生沖擊電流，如果產生的沖擊電流過大，就會導致電網(wǎng)電壓水平降低，不利于電網(wǎng)的安全運行。因此在進行異步風力發(fā)電并網(wǎng)技術的應用時，可以進行無功補償，避免抽選磁路飽和和電流增大的問題。異步風力發(fā)電機組的操作不復雜，而且其對控制力要求較低，實現(xiàn)發(fā)電控制，只需要調節(jié)一個重要參數(shù)。他在并網(wǎng)后的運行方面非常穩(wěn)定，不會出現(xiàn)失步和震蕩現(xiàn)象。

2 解決風力發(fā)電并網(wǎng)技術問題和提高電能質量控制的措施

由于系統(tǒng)內電力電子設備被廣泛的應用非線性復合的不斷增加以及高壓直流通電得到普及，使得系統(tǒng)諧波日益嚴重。要控制電能質量，可以從抑制諧波的產生方面出發(fā)。而電抗器、可投電容器以及無功補償設備都可以監(jiān)控無功功率的波動以及變化，他們具有非常強的抑制諧波的功能。他們可以通過靜電無功補償依靠電機的旋轉運動對電網(wǎng)中的無功、有功相角進行調節(jié)的方法，達到補償?shù)哪康模瑥亩闺妷狠敵銎椒€(wěn)，阻止諧波的產生，還可以降低風力不穩(wěn)定對電能質量的影響。

2.1 做好諧波抑制措施

在進行風力發(fā)電并網(wǎng)技術的應用時，想要提高電能質量控制效果，可以使用靜止無功補償器抑制諧波。靜止無功補償器可以對諧波危害問題進行有效的抑制，這種補償器主要是由電抗器，諧波過濾裝置和多臺可投切電容器等共同構成。靜止無功補償器的最大特征就是具有非常強的反應能力，可以對無功功率進行實時監(jiān)測，還能夠實時的調整由于風速不穩(wěn)定導致的電壓變化，從而實現(xiàn)將諧波完全的濾除，從而不斷的提高風力發(fā)電技術的應用，提升整體電網(wǎng)的電能供應質量。

2.2 有源濾波器的應用

要對電壓閃變進行抑制，需在負荷電流發(fā)生急劇波動時，對負荷變化發(fā)生的無功電流進行實時補償?，F(xiàn)階段，一般是采用有源濾波器，主要是由電力晶體管和可關斷晶閘管構成，在一定程度上對負荷電流進行實時樸償，同時由于該濾波器采用的是可關斷的電 子器件，能利用電子控制器替代系統(tǒng)電源，并且向電壓負荷輸出畸 變電流，以此確保系統(tǒng)僅僅向負荷提供正弦的基波電流即可。有源濾波器設備優(yōu)勢突出，具有快速的響應能力、電壓波動大、閃變補償率高和補償容量小的特征。其在運行方面穩(wěn)定可靠，具有非常強的控制能力，對控制電壓波動和穩(wěn)定電壓具有積極的作用。

2.3 動態(tài)電壓恢復器的應用

在中低壓配電網(wǎng)中，有功功率進行快速波動也會造成電壓閃電的情況的發(fā)生。為了解決這種情況，就需要要求補償裝置在對無功功率進行補償?shù)耐瑫r，還有能夠提供瞬時有功功率的補償。動態(tài)電壓恢復器是帶有儲能單元的補償裝置，他的出現(xiàn)取代了傳統(tǒng)的無功補償裝置。能單元，能夠在ms級內以正常電壓和故障電壓的差值，向系統(tǒng)注入電壓，可以有效解決系統(tǒng)電壓波動對客戶的影響。動態(tài)電壓恢復器能夠在非常短的時間內向系統(tǒng)傳輸電壓，可以有效的改善電能質量和動態(tài)電壓，是解決電壓波動、諧波等動態(tài)電壓質量問題的最佳方法。

2.4 提高技術人員的專業(yè)能力

電力企業(yè)可以針對風電并網(wǎng)工作加強相關技術人員的技術培訓，定期組織專業(yè)知識的培訓，從而提高技術人員的專業(yè)素養(yǎng)，不斷的提升整體風力發(fā)電網(wǎng)絡的服務質量。電力企業(yè)可以針對風機葉片結構、故障診斷、損傷維修以及運行維護等方面開展培訓工作，安排相關技術人員就嚴重葉片缺陷的識別，分類分級和缺陷修復建議等問題進行深入的探討和學習。風力發(fā)電企業(yè)要繼續(xù)加強技術交流和業(yè)務培訓，推進風力發(fā)電技術的創(chuàng)新和應用，不斷的提高風力發(fā)電變電技術及電能質量的控制，為電力生產的運行和維護提供有力的技術支持。

2.5 優(yōu)化機組設計

對于風力發(fā)電來說，除了要關注設備本身的問題，更要注意的是把發(fā)電廠中的風力發(fā)電機組、輸電線路、SVG以及變電設備等各個環(huán)節(jié)連接在一起。雖然每一個設備都是一個整體，但是對于發(fā)電企業(yè)來說，每一個設備只是整體中的一環(huán)。我們要從設備的可靠性和整個系統(tǒng)的可靠性出發(fā)，將技術和管理兩個層面連接在一起，從整體方面考慮如何做到電能質量的有效控制。

2.6 統(tǒng)一電能質量控制器

對電能質量控制器進行統(tǒng)一，可以實現(xiàn)既對電壓加以補償，又對電流加以補償?shù)那闆r。統(tǒng)一電能質量控制器是典型的綜合類補償裝置。該裝置可以將串聯(lián)并聯(lián)補償裝置進行有效的融合，幫助用戶解決綜合補償問題。這種補償裝置含有儲能單元的串聯(lián)、并聯(lián)組合，不僅可以應用于配電系統(tǒng)的諧波補償，還可以解決瞬時供電中斷和電壓波動等動態(tài)電壓質量問題，不斷的提高供電可靠性。

2.7 控制機組不脫網(wǎng)能力

機組在電網(wǎng)發(fā)生波動時，應該具有一定的抗干擾能力，一般風力發(fā)電機組應具有高電壓及低電壓穿越能力，即當電網(wǎng)電壓出現(xiàn)一個較大值和較小值時，機組不至于立即脫網(wǎng)，而是可以運行幾秒鐘。

3 結語

隨著我國對于電力技術的不斷研究和深入發(fā)展，我國的風力發(fā)電技術在不斷的進步，但是我國的風力發(fā)電并網(wǎng)技術依舊不夠完善，風力發(fā)電缺乏適用的普遍性，由于環(huán)境的限制，無法應用于全部風電企業(yè)。風力發(fā)電并網(wǎng)技術是未來電力生產的主要技術模式，加之我國的風力資源十分豐富，我國必須要加緊對風力發(fā)電研究技術的研究，進一步提升風力發(fā)電并網(wǎng)技術，實現(xiàn)機組優(yōu)化，解決現(xiàn)有的風力發(fā)電并網(wǎng)技術存在的問題，優(yōu)化管理和提升設備質量，從而不斷的提高電力質量，促進整體風力發(fā)電電能質量提升。