风力发电并网技术及电能控制策略探究

风力发电并网技术及电能控制策略探究

发表时间：2018-06-19T10:46:37.983Z 来源：《电力设备》2018年第4期作者：欧振兴[导读] 摘要：由于风力发电站以及它的相关场所占到的规模越来越大，因此在我国的电力事业中占有的比例也在不断的升高当中，再加之风能具有丰富性以及灵活性，而且风力发电站一般处在人烟稀缺的区域，因此需要承受的电流冲击将会比一般发电站更大，如不能妥善的进行处理解决，很有可能会对整个电力网造成谐波污染以及其他方面的质量问题。

（五凌电力有限公司新疆分公司新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000）摘要：由于风力发电站以及它的相关场所占到的规模越来越大，因此在我国的电力事业中占有的比例也在不断的升高当中，再加之风能具有丰富性以及灵活性，而且风力发电站一般处在人烟稀缺的区域，因此需要承受的电流冲击将会比一般发电站更大，如不能妥善的进行处理解决，很有可能会对整个电力网造成谐波污染以及其他方面的质量问题。

关键词：风力发电；并网技术；电能控制；控制策略 1风力发电概述

（1）风力发电利用方式。风力发电的利用方式主要有二：一类是独立运行供电系统，单机容量一般为0~10kW；另一类是作为常规电网电源，商业化机组单机容量主要为150~2000kW，其中，大功率风电机组并网发电是高效大规模利用风能最经济的方式，已成为当今世界风能利用的主要形式。

（2）并网型风力发电基本原理。并网型风电系统的基本原理是：风力发电机（简称风机）利用叶轮旋转，从风中吸收能量，将风能转化为机械能，叶轮通过一增速齿轮箱带动发电机旋转（直驱式风电系统无此环节），发电机再将机械能转化为电能，并入电网供用户使用。并网型风电系统的风机一般为水平轴式，该风机在其桨叶正对风向时才旋转，由偏航系统根据风向控制风机迎风。 2风力发电并网技术

风力发电并网技术就是确保风力发电机组输出的电力能源的电压与被接入电网的电压在幅值、相位、频率等方面能够保持一致，从而使得风力发电并网后，整个电力网络能够趋于安全、稳定运行状态。目前，常见的风力发电并网技术包括以下两种： 2.1同步风力发电机组并网技术

同步风力发电机组就是风力发电机与同步发电机的结合。在运行同步发电机的同时，不仅能够有效的输出有功功率，而且可以给发电机组提供无功功率，并确保周波的稳定性，极大程度上提升电能的质量，所以在我国的电力系统中，同步发电机组并网技术应用功能较多。通常情况下，风速的波动较为明显，会导致转子转矩表现出较大幅度的波动，无法达到发电机组并网调速的精度。如果将风力发电机与同步发电机融合之后未充分考虑这些隐患，特别是载荷较大的情况下，很可能使整个电力系统出现失步现象或无功振荡。因此，在同步风力发电机组并网技术中必须要综合考虑这些问题，可以采取在同步发电机和电网之间安装变频器等措施，避免电力系统无功振荡或失步问题，进而提升同步风力发电并网水平。

2.2异步风力发电机组并网技术

异步风力发电机组并网技术是风力发电并网技术的另一项重要技术。与同步风力发电机组并网技术相比，异步风力发电机组并网技术主要通过转差率来调整发电机的运行负荷，对调速精度要求较低，减少了同步设备安装的麻烦，同时避免了整步操作，将发电机的转速进行适当的调整，使其接近同步转速，就可以完成并网。但是，异步风力发电机组并网具有一定的缺陷，因为异步发电机在并网操作中会产生冲击电流，如果冲击电流过大，将会降低电网的电压水平，不利于电网的安全运行。在异步风力发电机组并网技术应用的过程中，必须采取一定的无功补偿措施，进而避免磁路饱和、无功激磁电流增大等问题。 3风力发电并网技术对电能质量的影响由于近些年来风力发电机组并网的应用规模不断扩大，其对电能质量的影响也随之增加，其中，部分影响并不利于电网电能质量的提高。较为常见的问题便是电压波动以及闪变。电压风力资源本身具备不稳定性，加之风力发电机组自身运行特点，导致风力发电机组自身输出功率难以稳定，进而对电网电能质量造成不利影响。如今，风力发电机组往往使用软并网方式实现并网，但在设备启动过程中依旧会形成冲击电流，且电流值较大。若切出风速低于风速，则处于出力工作状态下的风机会自动停止运行。不仅如此，风速难以控制与风机所形成的塔影效应也会对风机处理造成影响，使得风机出力出现波动现象，且波动值处于可以形成电压闪变的范围当中。故而，即使风机正常运行，也会令电网出现闪变现象。 4电能质量控制策略

4.1电压波动和闪变的控制策略

（1）有源电力滤波器

要想控制善变的电压，理应在负荷电流发生急剧波动时进行。当负荷发生变化时，应及时补偿无功电流，以此来实时补偿负荷电流。因为有源电力滤波器采用的电子器件是可以关断的，所以，电子控制器完全可以替代系统电源，以此来输出畸变电流到电压负荷，只要保证系统只为负荷提供正弦基波电流即可。从整体情况来看，有源电力滤波器具有电压波动大，响应速度快，补偿容量小，补偿率高，控制能力强，运行稳定、可靠等特点。其在电压波动的控制方面必然发挥较大的作用。

（2）动态电压恢复器

在中低压配电网中，有功功率的快速波动也将导致电压闪变问题的出现。因此，保证补偿装置的科学性和有效性就显得十分关键了。除了要进行必要的无功补偿之外，还应该适时进行有功补偿。然而，由于带储能单元的补偿装置可以有效改善电能质量，所以，其完全可以取代传统的无功补偿装置。那么，对于本身就带有储能单元的动态电压恢复器而言，其能够以正常电压和故障电压的差值在ms级内将电压注入到系统中。这种方式可以有效解决电压波动、谐波等动态电压质量问题。

4.2谐波的控制策略

（1）增加换流装置的脉动数。作为电网中的主要谐波源之一，换流装置产生的谐波主要集中在特征谐波上，所含有的非特征谐波含量一般比较少。由于特征谐波的频谱为n=kp±1，所以，在脉动数p增加的情况下，n也会随之增大，工n、工l/n（谐波电流）也将因此减少。基于此，增加整流脉动数能够在平滑波形的同时减少谐波。比如说，在脉动数由8增加到14时，就可以消除幅值相对比较大的低频项，从而大大降低谐波电流的有效值。