风力发电并网技术与电能质量控制途径分析

风力发电并网技术与电能质量控制途径分析
摘要：针对风力发电运行与发展要求，本文分别提出同步、异步风力发电机组并网技术，并根据风力发电特点，总结几条有效的电能质量控制途径，为进一步推动风力发电事业发展提供参考。

关键词：风力发电；并网技术；电能控制
如今，大量风力发电厂的出现极大的缓解了传统火电厂压力，并降低了因燃料燃烧、排放造成的污染，成为当今推崇的电力生产方式。

而风力发电的不断发展对并网、电能质量控制提出了严格的要求，要求相应的并网技术与电能质量控制措施紧跟风力发电发展脚步。

因此，深入分析风力发电并网技术及电能质量控制是有重要现实意义的。

1风力发电并网技术
1.1同步风力发电机组并网技术
同步风力发电机组有准同步与自同步两种并网方式。

其中，准同步并网实行操作时由于频率与电压有一定偏差，所以会产生冲击电流；而自同步并网的实际操作较为简单，而且有很高的并网效率，可避免非同步合闸现象的产生，但仍然无法避免产生冲击电流，降低了电网电压，对电能质量造成影响，严重时还会破坏设备。

因风速有随机性等显著特征，将同步发电机组直接用到风力发电中通常难以发挥预期效果，进行并网时调速精度较差。

若并网后没有得到有效控制，将出现无功振荡等现象。

针对此类问题，近年来在电力电子技术快速进步的支持下，衍生出一系列变频装置，而对变频装置的合理应用，能从根本上解决这些问题。

就目前来看，直驱永磁同步风力发电机凭借其众多优势之间得到普遍关注。

该发电机主要借助永磁铁励磁，消除励磁损耗，极大的提高了机组的发电效率；机组运行时构建磁场不需要消耗过多无功功率，有利于对功率因数进行改进；机组驱动直接利用风力，无需配置齿轮箱，既能确保运行效率，又能保证可靠性，降低用于机组维护等方面的成本，避免产生驱动噪声。

为了使并网以后的机组与电网保持相同电压与频率，可使用控制器收集电网参数，再与逆变器给出的参数进行对比，符合并网条件以后即可进行并网[1]。

通过对这一并网技术的合理应用既能避免冲击电流的产生，还能有效提升电能质量。

1.2异步风力发电机组并网技术
1.2.1直接并网
异步风力发电机组的直接并网技术是指在并网时对电网及发电机提出相序完全相同的要求，当机组转速上升至90%同步转速时，即可按标准程序完成自动并网。

在测速装置给出相应的并网信号之后，由空气开关进行合闸从而实现瞬间并网。

这种并网方式原理简单、操作方便，但无法避免三相短路等问题，并且在并网时产生的实际冲击电流往往要比额定电流高出数倍，电网电压因此大幅降低，因此直接并网技术只能在100kV容量以内的机组中运用。

1.2.2降压并网
异步风力发电机组的降压并网技术主要是指在机组之间安装电抗器，也可直接连接自耦变压器，以这样的方式有效降低并网产生的冲击电流。

因电抗器运行需要消耗功率，所以并网之后应对其进行拆除，以免影响功率因数。

实践表明，降压并网技术虽能有效降低并网冲击电流，但往往要使用一系列大功率组件，成本较高，经济性差是限制其应用推广的主要原因。

1.2.3准同期并网
准同期并网技术类似于准同步并网，在机组的实际转速接近同步转速时，先
由电容励磁确立额定电流，再对由励磁确立的频率与电压进行调整，保证与系统
之间有良好的同步性。

在此之后，若机组频率、电压和系统保持一致，则可将机
组接入电网[2]。

尽管准同期并网技术不会在并网时产生过大的冲击电流，但不代
表它可以在超转矩条件下运行，一旦产生超转矩运行，将引发网上飞车等问题。

1.2.4晶闸管软并网
晶闸管软并网是指在发电机定子和电网间使用双向晶闸管连接所有相，以此
对输入电压进行有效调节，使用双向晶闸管能控制并网后冲击电流的大小。

该并
网方式的主要特点在于可通过对晶闸管导通角的控制，调节电压波形，从而对负
载电压进行优化。

现如今，晶闸管软切入装置是异步风力发电机组重要组成部分之一，起到限
制冲击电流形成，保护电网免遭冲击的作用。

虽然该并网方式本身是一种当前较
为先进的技术，但其对晶闸管及其触发电路却有着十分严格的要求，只有每相晶
闸管的特性保持一致，才能使三相电流处于平衡状态，否则将影响发电机性能[3]。

晶闸管软并网是在电网中并入大型风力异步发电机的主要方法。

2风力发电电能质量控制途径
2.1谐波抑制
静止无功补偿器具有反应速度快等特征，主要由电抗器、谐波滤波装置及可
透切电容器等构成。

通过这一无功补偿器的应用，能对无功功率实际变化进行动
态跟踪，同时根据无功功率实际情况，对电压变化进行相应的调节，以此滤除谐波，达到提升风力发电电能质量的目的。

2.2闪变及电压波动抑制
2.2.1采用有源电力滤波器
为对电压闪变进行有效抑制，需在负荷电流出现波动现象前，对无功电流实
施有效补偿，进而从根本上实现负荷电流的补偿，此时就要用到有源电力滤波器。

在有源电力滤波器当中，各个电子器件支持关断操作，在实际情况中可借助电子
控制器对系统电源进行实时替换，不间断向负荷电压侧输出稳定畸变电流，以此
使负荷电流变成理想的正弦基波电流。

另外，有源电力滤波器还具备快速响应、
高补偿率、小容量和大电压波动等特征，相比传统装置，有极强的控制能力，可
十分高效、稳定的运行。

2.2.2采用动态电压恢复器
针对电压相对较低的电网，如果有功功率出现较快速的波动，将会使电压产
生闪边。

基于这种实际情况，补偿装置除了要实施正常的无功补偿，还需补偿一
定瞬时的有功功率。

因为补偿装置若能自带一定储能单元，则可在一定程度上保
证电能质量，所以传统意义上的补偿装置都不具备这一条件，要求改用自带储能
单元的新型补偿装置，即动态电压恢复器。

对动态电压恢复器而言，它不仅存在
储能单元，而且能在ms级条件下为系统提供电压，具备向负荷电压提供实时补
偿的能力，很好的避免了电压波动现象的发生[4]。

而且从实际情况中看，采用动
态电压恢复器是从根本上处理电压波动问题，提升电能质量的普遍方法。

2.2.3采用统一电能质量控制器
若考虑统一补偿电流与电压两大问题，需采用具有综合性特点的补偿装置，
当前最常见的就是统一电能质量控制器，它是一种充分结合串联和并联的综合性
补偿装置，是实现统一补偿目标的关键所在。

在实际应用中，这一补偿装置带有
储能单元对应的串联和并联组合，可很好的处理电网综合补偿类难题，比如在配电系统谐波补偿中应用，同样有着良好的提升电能质量的作用。

3结束语
综上所述，风力发电作为清洁能源发电的代表在当前社会中得到了越来越多人的关注，为实现风力发电机组与电网间的可靠并网，衍生出多种多样的并网技术，而且在技术优化改进的支持下，各类并网技术都得到长足进步，很好的适应了风力发电及电网建设要求。

除可靠并网之外，在实际工作中还需采取有效措施确保风力发电电能质量，降低或消除外界因素造成的影响，从而为社会各界提供良好供电服务。

参考文献：
[1]张国新.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].电力自动化设备，2013（06）:130-133.
[2]魏巍，关乃夫，徐冰.风力发电并网技术及电能质量控制[J].吉林电力，2014（05）:24-26.
[3]谢鹏.风力发电并网技术与电能质量控制[J].科技创新导报，2016(13):25-26.
[4]李昆.浅析风力发电并网技术及电能质量控制[J].应用能源技术，2016（11）:49-51.。