风力发电并网及电能质量控制的相关探讨

张毅

摘要：风力发电是中国电力的主要来源之一。目前，风电场容量不断增加，已经开始对整个电网系统产生一定影响，由于风力发电站通常位于人口少且不位于供电网络中心区域的地区，因此不会受到很大影响。风力发电可能导致配电网络中的谐波污染或闪烁。而风电的随机性也会影响发电过程。风电并网技术的应用已成为所有企业的热点问题，如何控制电能质量也成为企业关心的问题。

关键词：风力发电;并网技术;质量控制

引言：随着我国科学技术的发展，社会的进步和矿产资源日益贫乏，能源紧张程度越来越严重，人们越来越重视自然资源的利用。因此，自然资源的利用已成为社会发展的主题。目前，人民生活水平不断提高，电能消耗也在不断增加。电能是人们生活和工作中不可或缺的一部分，其重要性不言而喻，但目前许多城市都存在电力不足的现象，如何利用自然资源发电已成为广泛关注的焦点。

1风力发电并网技术

风电并网技术要求发电机输出电压的幅值，频率和相位与电网系统电压完全一致，随着风机容量的逐渐增加，风电对电网的影响也在不断增加。当并网冲击非常严重时，不仅会造成电力系统电压下降，还会对发电机和机械部件（塔架，叶片，增速器等）造成一定的损害。如果并网冲击持续时间过长，系统可能会破坏或威胁其他连接的电网单元的正常运行。因此，必须选择合理的并网技术。

1.1同步风力发电机组并网技术。同步发电机的工作过程如何，在输出有功功率的同时，还可以提供无功功率，且周期稳定，电能质量高，因此它已被电力系统广泛使用。如何使这项技术和风能的整合当电网连接时，其发电机已经成为一个完美的整合已经成为今天人们要研究的问题。在很多情况下，由于风速不稳定，转子上的转矩极不稳定。当电网连接时，其调速器性能将无法满足同步发电机所要求的精度。如果在并网后不能有效控制，在特殊的重负荷条件下，可能出现无功功率振荡和失步问题。因此，近年来国内外风电机组很少使用同步发电机。近年来，随着电力电子技术的飞速发展，通过技术有可能将这些问题避免到一些前台。例如，在同步发电机和电网之间使用变频装置是一种有效的方法，人们开始重新关注同步风电。单位电网连接技术。

1.2异步风力发电机组并网技术。与同步风力发电机组并网技术相比，异步风力发电机组在运行过程中由于滑移率而调整负载。因此，发电机组的调速精度不高，不需要同步设备和全部步骤。运行中，只要速度接近同步速度，就可以连接到电网。配备异步发电机的风力发电机最明显的优点是该技术的控制装置相对简单，并网后不会出现振荡和失步问题，运行稳定可靠;然而，并网异步风力发电机的运行过程还存在一些问题，如直接连接网络可能导致大的浪涌电流，导致电压下降，影响系统的安全运行;系统本身没有无功功率，需要无功补偿;过大的系统电压会使其磁性饱和，无功电流显着增加，定子电流过载，功率因数急剧下降;如果不稳定系统的频率过高，异步发电機将由于同步速度的增加而从发电状态转变为电动状态。频率下降会导致异步发电机电流迅速增加并变得过载。因此，必须采取严格的监督措施，确保异步风力发电机组的安全运行。

2风力发电并网对电网的影响及措施

电压风力资源有其自身的不稳定性，加上风力发电机本身的运行特性，造成风力发电机自身的输出功率难以稳定，从而对电网的电能质量产生不利影响。今天，风力涡轮机通常使用软电网连接到电网。但是，在设备启动期间仍然会产生浪涌电流，并且电流值很大。如果切出风速低于风速，处于输出工作状态的风机会自动停止运行。不仅如此，风速难以控制，风扇形成的塔影效应也会影响风机处理，造成风机输出波动现象，波动值在电压闪变范围内形成。

2.1调峰。调峰单元：由于不平衡的电力负载和发电，电网在用电高峰时段通常过载。为了保持电网的稳定性，除正常运行外，还需要安装备用发电机，这些待机发电机组被称为峰值调整。

2.1.1对调峰的影响。理想的风电波动应该与电力负荷的波动大致相同，然而，由于风力发电的随机性，风力发电的波动往往与用户用电波动相反。在用电高峰期，风力发电机不发电，当电力不足时，风力发电机满载，由于风电随风速变化较大，电力系统需要提供更快的调峰率，此时，风电的作用是“切割填谷”，进一步拉大风电与用户负荷的差距。大容量风力发电机组将使调度更加困难，并且电网必须采用保守的方法来预留大量的备用容量，会增加电网的运营成本。

2.2.2采取的措施。全国范围内调高调峰正负旋转储备能力，这种方法是最直接的，但会大大增加电网建设和运营的成本。

加强风电预测系统的准确性：当风电预测系统不存在或不完善时，电网往往只采用风能充足的备用容量方式，使风电的波动平衡;当风力发电系统更加准确时，电网调度部门可以根据常规电力调度的预测发电量生成发电计划，大大优化电网结构，减少多余的旋转备用容量，减少施工，电网运行成本。因此，为了减少并网风电对电力系统的影响，改进风电预测系统是非常迫切和必要的。据报道，西欧风电预测系统得到改进的国家包括丹麦和德国。

2.2电压偏差。电压偏差也称为电压偏差，是指配电系统的运行模式和负载的变化。随着运行模式和负载的变化，供配电系统各点电压变化缓慢。每个点的实际电压与系统的额定电压之间的差值称为电压偏差。

2.2.1.电压偏差产生原因。电力负荷的使用和风力发电机组输出的随机变化应该等于电力系统安全运行过程中无功功率的产生和消耗。当系统的无功功率不平衡时，会有大量的无功功率流过变压器和供电设施，这将在变压器和供电设施端产生电压偏差，系统无功功率不平衡是电压偏差的根本原因。

2.2.2采取的措施。调整无功功率平衡：系统无功功率不平衡是电压偏差的根本原因。可以在风力发电站或电网中安装动态无功功率补偿器，以吸收或补偿系统中的无功功率，从而尽可能达到平衡，不仅可以提高设备利用率，还可以调节电压。

发电机端调压：如果电源电路短路，则可通过调整发电机端的励磁电流来调整发电机母线电压，这种方法是最直接和经济的。

变压器端调压：变压器两段电压可根据电压偏差范围进行调整，以达到稳定电压的目的。

2.3谐波。电力谐波：在电力系统中，理想的发电厂发送正弦波，但是，当电流通过一些电子元件时，电流波形变成近似正弦波。这种变形的正弦波是周期性的，称为谐波。

由于恒速风力发电机直接连接到电网，因此没有电力电子转换器，所以没有谐波。为了提高风能利用率，大多数风机现在都是变速恒频发电机。转子通过逆变器连接到电网。逆变器属于电子式电力变流器，会产生巨大的谐波，对电网造成严重的谐波污染。

2.3.1影响。谐波使电网降低用电率，增加电网谐波损耗，使设备过热并可能引发火灾;也会导致设备产生机械振动和噪音，加速设备的绝缘老化率，导致设备报废，并发生事故，它也可能导致保护装置发生故障并影响设备的运行。

2.3.2采取的措施。优化风机逆变器的设计，从根本上减少谐波的产生。

结束语

先进的电力电子技术可以在风力发电机组的控制和电能质量的改善方面发挥非常重要的作用。然而，困扰风电并网技术发展的风电还存在一些问题。本文研究和探讨了风电并网技术及其电能质量控制策略，它对推动风力发电技术的进步和普及起到一定的作用，一些问题的解决需要进一步的研究和讨论。

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