探究风力发电并网技术及电能质量控制措施

张玉林

（中国水电建设集团锡林郭勒风电开发有限公司，内蒙古锡林浩特026000）

1 引言

风力发电是将风的势能转化为电能的发电形式，较燃煤发电更为绿色环保，应得到大力推广。但是，我国目前风力发电技术相较于德国等风力发电强国还有很大的差距，在风电并网方面会因为谐波而降低系统容量，并使设备加速老化，甚至影响发电安全。另外，还会产生并网闪变问题，导致终端用电设备发生异常甚至损坏电器。目前，只有解决谐波和闪变并网问题，同时，加强电网调峰能力、和智能电网建设并提高电能消纳水平，才能确保风力发电得到充分利用，发挥绿色能源的作用。

2 风电并网的必要性

传统的发电是利用燃煤或燃气燃烧使热能转化为动能，然后转化为电能，会形成大量的氮氧化合物和碳氧化合物，对环境造成不利影响，而且处理发电带来的二次污染费用十分高昂。而风力发电和太阳能、水能发电一样，都属于绿色自然能发电范畴，清洁无污染，对我国的绿色可持续发展具有促进作用。另外，我国风能资源丰富，具有风能发电的基础优势，而且近些年来风能发电量迅猛增加，为我国工业发展做出了积极贡献。在我国的发展规划中，2020 年要实现20GW 的风电发展目标。风力发电的一种形式是离网型，即自行成网，不接入电网系统，和水利发电相结合能解决偏远地区的供电需求。但是，离网型风电形式没有充分发挥出风电的巨大优势，故此风电并网成为一种趋势。因为除了环保优势，风力发电占地少，建设工期短，而且最主要的是可以进一步实现智能化电网管理。再者，并网之后，风力发电厂可以获得电网补偿和支撑，从而进一步提高风能利用水平，以提高洁净能的利用价值。

3 2 种风电并网技术的分析

3.1 同步发电机组并网技术

因为同步发电机组转子带有磁极，节省了励磁电能，故发电效率更高。而且其工作中可以输出有源电力，可以向电网提供无功功率，从而使终端用电设备得以正常运转，等同于提高了电网的可靠性。但是，风能具有不可调控性，在我国一些地区，春秋季风量大，可以产生大量电能，风电并网会对电网形成强烈冲击，降低电力系统电压值，使发电机等形成磨损，降低设备的使用寿命。另外，这种并网技术因为风速的不可调控性，不同等级的风之间的转换使转子扭矩失去稳定，最终使电压频率、振幅和相位输出不能和电网系统电压保持一致。具体的解决办法是在风力发电厂和电网之间安装频率转换器[1]。

3.2 异步发电机组并网技术

异步发电机组和同步发电机组相比，其因为风力涡轮机通过传输效率调整负载，故不需要精确的转速实现和系统电压匹配，只要和同步发电机组的转速基本一致即可。故此，其没有十分庞杂的控制设备，而且并网以后与同步发电机组相比，对电网系统冲击小，而且能够保持较为稳定的电压，会有效抑制震荡和步进。但是当人工操作时，可能会出现电压改变，从而使整个系统电压值发生改变。另外，其不能提供无功功率，会导致终端用电客户用电体验，造成电器设备损坏，因此，需要进行无功功率补偿。

4 风电并网供电可靠性影响因素以及解决方案

4.1 谐波影响

风力发电的谐波主要是因为风速不稳定引起电压变动而形成，电压时高时低必然会对整个电网形成压力，导致电网老化，增加电网供电不可靠性。要缓解谐波，可利用谐波滤波器予以处理，或者在系统中加入静止无功功率补偿设备，其根据风力发电机组电力电压形成有效调节，从而确保电网的可靠性。

4.2 闪变影响

闪变带来的危害是导致终端用电设备运转异常，使人们对发电工作存在异议。发电机组电压波动是其产生的根本原因，故此，可以将动态电压恢复设备植入发电系统中，其可以补偿无功功率，也能补偿有功功率，而且该设备本身可以储藏电能，故此可以保证电网整体供电的可靠性。

总而言之，对于谐波和闪变，需要管理人员能够综合利用系统中的补偿设备、电能质量控制设备，实现储能单元串联组合和并联组合，使整个供电系统得到谐波补偿确保整个电网可靠性。

5 其他建议

5.1 提高电能消纳水平

电网供电可靠性和电能消纳水平有直接关联。在现如今没有实现全国电网智能联网的情况下，若地方发电量超过用电量，会造成窝电现象，而窝电会阻碍风力发电并网，因为本身燃煤发电、燃气发电已经足够本地电能消费，自然无须风力发电，会导致风力发电设备搁置，造成社会资源浪费。提高电能消纳水平，应鼓励当地经济建设过程中提高电能利用水平，但是因为电能是有偿消费，价格影响之下会抑制消费能力，需要考虑当地的具体情况，再调整价格。这就需要市场机制充分地进入电力市场，实现灵活的消费机制，刺激当地电能消耗。只有如此，才能使当地风力发电融入电网中，提高洁能发电使用率，改善当地的环境水平[2]。

5.2 改善电网调峰能力

每个地区的用电水平不同，而且同一个地区的用电水平也会因为季节不同而发生差异，这需要电网具有灵活的调峰能力。而调峰机制中能否顺畅地接入风力发电机组缓解火电供给不足，成为现阶段阻碍风电并网的一个因素。纵观我国现阶段电网调峰能力，与德国等发达国家相比还有很大的距离。风力发电反调峰作用具体指的是其功率输出是不确定的，主要是受风力以及季节影响非常明显。所以，必须建立智能化系统对用电峰值进行动态监测，并结合风力发电具体参数，使风电和电网形成动态匹配，这才是确保风电并网供电质量可靠性的有效手段。

5.3 推进电网智能化进程

风电并网后，会对电力系统形成冲击，或者说电网发生故障后，风力发电机组会向系统故障点提供短路电流。若在电网设计中不考虑风力发电机组影响，容易导致其作用于系统继电保护装置使其发生误动，从而影响电网稳定运行。另外，风力发电机组融入电网后，产生的谐波和闪变带来的负面影响也很显著。因此，在电网中融入智能化设备，可以使风电系统更稳健，是确保风电并网更加顺畅的关键。智能化电网建设已成为我国电力发展的必然之路，而且智能化电网建设对“窝电”具有很好的转移作用，从而可以使新疆和内蒙古等地区的风能电力转移到湖南等电力需求较大地区，如此间接促进不同地区经济的协同发展。

6 结语

风电并网是必然趋势，是我国绿色可持续发展的根本保证。其中，关键点是如何降低风力发电具有的谐波、闪变现象，使其具有的反调峰特性降低。而最终的指向都是智能电网建设，因为其从微观上可以确保风电并网更加顺利，宏观上可以实现全国电网联网缓解窝电，使风电电能迅速支援缺电地区，从而增加了洁能发电价值和效率。