风力发电并网技术及电能质量控制策略

樊裕博

中广核风力发电有限公司黑龙江分公司，黑龙江哈尔滨 150000

风力发电并网技术及电能质量控制策略

樊裕博

中广核风力发电有限公司黑龙江分公司，黑龙江哈尔滨 150000

风能是作为可再生、清洁能源，得到了国家的大力支持。由于风力发电厂规模越来越大，在我国电力事业中占有的比重也逐渐的升高，再加之风能的特殊性，所以风力发电场通常位于人烟稀少的区域，因此需要承受更大的冲击，如不加以解决，很有可能会对整个电力网造成谐波污染或者是其他方面的质量问题。本文主要通过对风力发电并网技术的介绍，详细的分析了风力发电机并网与运行试验，进而探讨了风力发电电能质量控制策略，仅供参考借鉴。

风力发电；并网技术；电能质量；控制策略

风力发电网技术主要包含两种技术，一种是同步风力发电机组并网技术；另一种是异步风力发电机组并网技术。前者还处于研究阶段，只是大规模试用，而后者应用范围比较广，但是运用期间需要注意的问题比较多。

1 风力发电并网技术

1.1 同步风力发电机组并网技术

同步风力发电机组实际上，就是同步发电机与风力发电机的有机融合。同步发电机运行期间，不但可以输出有功功率，还能够提供无功功率，与此同时，还能够保证周波稳定，整体电能质量明显提升，因此我国很多电力系统中都选择应用同步发电机。如何能够将同步发电机与风力发电机有机融合，一直是电力专家学者重点研究的对象。绝大多数情况下，因为风速波动比较明显，会使得转子转矩出现大幅度波动，这就会使得并网调速无法满足同步发电机的精度要求。如果并网之后，工作人员未能充分的考虑到上述问题，尤其是重载运行时，整个系统会非常有可能出现无功振荡或者是失步现象。也正是因为如此，同步发电机一直都未得到大规模的应用。随着变频装置的研发与应用，上述问题已经得到了很好的解决。所以越来越多的专家学者同步风力发电机组并网技术又开始重视。

1.2 异步风力发电机组并网技术

异步风力发电机对对调速精度没有过高，既不需要同步设备，也不需要整步操作，转速与同步转速基本上保持一致或者是不要相差过大即可。风力发电机与异步风力发电机有机融合之后，整体的控制装置并不复杂，并网之后基本上不会再出现无功振荡或者是失步问题，整体运行非常安全可靠。不过，异步发电机机组并网并不容易，需要解决很多问题。比如如果风力发电机与异步风力发电机直接并网，很有可能发生大冲击电流，此时电压会降低，这就导致电力系统容易出现运行隐患。与此同时，电力系统自身还存在无功补偿问题，而如果又发生磁路饱和现象，则无功激磁电流会进一步的增加，功率因素会因此明显降低。因此要想保证异步风力发电机组并网之后，安全可靠运行，有关部门务必要注重监督，采取预防策略。

2 风力发电机并网与运行试验

2.1 软并网功能试验

工作人员提高机组主轴速度，如果异步风力发电机转速保持在92%～99%之间，可以启动并网接触器。此时发电机组与电网连接起来，只是两者之间是由双向晶闸管充当媒介。另外，还要对晶闸管进行一定的控制，主要是控制其在触发单元方面的问题，这样是为了能够保证晶闸管的导通角能够按照要求不断调整和变化，从而达到试验目的。一般来讲，在调整导通角时，其打开速率不能超出要求范围，且暂态过程在结束之后，还要将旁路开关接通，将晶闸管隔离开来。

2.2 动态无功补偿装置功能特性测试试验

在该试验中，机组处于并网运行状态下，技术人员在对发电机进行相应的调整后，可以使其输出功率发生变化，从而使机组的负载情况发生变化，此时就可以通过观察来了解电容补偿投切的相关动作是否符合要求。在本试验的设计中，应当注意该试验应当在工况比较恶劣的情况下来完成，这样才能最大程度的保证试验的可靠性。一般应在风电大/小发工况的两种情况下进行。因为在风电小发工况下，充电功率比较多，这会导致220kV母线电压拥有比较高的水平。所以在小发工况下，工作人员只能够进行无功补偿试验。而在大发工况下，线路重载明显，会产生大量的无功损耗，母线电压则呈现出比较低的状态，所以在大发工况下，工作人员只能够进行容性无功补偿试验。但是无论哪一种工况下，都需要展开无功综合控制试验以及快速相应试验，以此确定无功补偿控制策略是否满足条件，同时检测SVG装置是否处于安全稳定的状态。

2.3 风电场电能质量测试试验

风电场电能质量测试指标主要有电压偏差、谐波等。与此同时，还需要风电场停运过程中的各项并网点进行测试试验，试验主要的要点内容是各次谐波电压是否稳定以及电压总谐波是否发生畸变等。风电场如果处于正常的运行状态，则需要对各个功率区间进行测试试验，于此同时还需要对长时间闪变以及谐波电压等进行试验，以此确定风电场谐波电流是否符合要求，达到谐波值的95%。

3 风力发电电能质量控制策略

3.1 谐波的抑制

使用静止无功补偿器可以抑制谐波。该设备主要是由电抗器、谐波过滤装置等共同构成。静止无功补偿器最显著的特征就是具有非常强的反应能力，可以实时监测无功功率，而且还能够对电压变化进行实时的调整，以此将谐波完全的滤除，以此保证风电发电电能质量。

3.2 电压波动与闪变抑制

1）有源电力滤波器。电压闪变是影响风力发电电能质量的重要因素。当电压闪变发生时，工作人员应该在负荷电流急剧波动时，能够完成无功电流的补偿工作。有源电力滤波器的作用就在于此。该设备优势突出，具有快速响应能力、同时具有补偿容量小的特征，最为重要的是运行过程中，非常安全稳定，具有非常强的控制力，所以对控制电压波动具有积极的作用。

2）动态电压恢复器。有功功率出现迅速波动情况，也会使得电压发生闪变，此时就要求补偿装置既要对无功功率加以补偿，又要对有功功率加以补偿。动态电压恢复器中有储能单元，可以在非常短的时间内就可以向系统传输电压，以此解决电压波动问题。目前，动态电压恢复器已经得到了广泛的应用，是现如今风力发电电能质量控制的最主要手段。

3）统一电能质量控制器。如果既要对电压加以补偿，又要对电流加以补偿，则就选择应用综合类补偿装置，而统一电能质量控制器就是典型的综合类补偿装置。该装置可以将串联、并联有效的融合起来，以便用户能够解决综合补偿问题。由于统一电能质量控制器功能强大，既能够进行谐波补偿，又能够控制电能质量，因此得以广泛应用。

4 结论

综上所述，可知虽然风力发电并网技术十分先进，但是因为还有些技术问题未能解决，所以我国的风力发电一直都未得到普及。风力发电过程中，由于谐波、电压波动与闪变的问题，使得电能质量大受影响，工作人员应该运用相应的装置设备解决上述问题。

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图1 交流电源滤波和屏蔽线路图

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1674-6708（2015）150-0043-02