并网风力发电机组电能质量测试及评估方法分析

魏强

摘 要：风能是一种清洁、可再生能源，进行风力发电探索是国家大力支持的项目。本文简单介绍了并网风力发电技术，通过分析并网风力发电机组电能质量功率特性测试内容，针对不同测试项目提出相应的测试方案，为相关人员提供参考。

关键词：并网;风力发电机组;电能质量测试

引言：

在并网风力发电机组运行环节，经常会因为输出功率不稳定、额定功率变化等原因，导致电网突然停机或开机，使得风场接入电网处于一个重新分配的过程，影响电网供电状态。并且在风力发电厂运行环节，各种大功率电子变流器的应用，还会注入谐波电流，造成电网电压畸变，存在一定安全隐患。

1并网风力发电技术介绍

并网风力发电技术的本质，就是风力发电机与同步发电机的融合系统，在风力发电机运行环节，借助同步发电机，不仅能够输出有功功率，更能完成无功功率的提供，保证并网周波稳定，提升整体电能供电质量。如何实现风力发电与同步发电的并网融合，有效增强其供电稳定性，是现阶段电力专业重点研究对象。但在实际运行环节，整个风电系统受风速波动影响极为明显，其会使转子转矩出现大幅度变化，无法满足并网发电精准度要求[1]。

2并网风力发电机组电能质量功率特性测试内容

功率特性是风力发电机组运行的重要性能指标，作为风力发电能力的表示方式，其性能指标直接影响着风力发电机组的发电量。常規状态下，风力发电机组出厂时，制造商会向用户提供机组标准额定功率曲线，其受风电机组工作环境的影响效果较为明显，实际功率特性曲线与标准功率特性曲线并不吻合，对于风力发电机组的运行状况评估带来困难。并网风力发电机组电能质量功率特性测试环节，测试内容主要为发电风速的相应机组输出功率，并借此得到机组与风速之间的功率特性。

常规风力发电厂的系统控制方法都是相互连接的，在这种管理模式下，发电厂报警系统只能够在设备锁定时才能被触发，并且需要超过相应时间限制条件才能够发挥作用。由此可见，这种传统风力发电厂控制装置的应用空间极其有限，不能够进行复杂情况的报警工作处理，无法进行有效的故障处理。在NB/T31003-2011《大型风电场并网设计技术规范》中对于风力发电厂电压范围有着明确要求：并网点电压要在额定电压-4%至+8%之间，若不处在这个区间内，则无法保证发电厂的发电调节效率。进行并网风力发电机组电能质量功率特性测试，整个过程极为复杂，需要耗费较长时间，并且直至建立起覆盖一定风速范围和各种风况的数据库系统，才能够完成测试工作。在测试过程中要有效控制整个发电系统的误差，增强风力发电厂电气性能，完成机器设备、控制电源等系统项目的综合控制。在这种控制模式下，能够帮助发电厂收集所有电气设备使用数据，包含电压变化、电量输出、有功功率浮动变化等，及时对相关发电信息进行处理，并制定相应的应对措施[2]。

3并网风力发电机组电能质量测试及评估运行试验

3.1电网自动调度实验

并网风力发电机组电能质量自动调度测试评估工作，工作人员提高机组主轴速度，如果若此时风力发电机转速保持在90%-99%之间，则启动并网接触器，发挥风力并网自动调度的管理作用。电网自动调度作为并网风力发电机组测试评估工作中的常规工程，其任务完成条件是具备一台将所有电子设备进行连接的高效处理计算机，并配备相应的网络处理条件，例如，一台大显示屏能够有效提高发风力发电机组电网调度服务器处理效率。在这种工作环境下，传统的人工调度模式将会被自动化调度模式取代，结合发电系统中的网络处理，实现发电厂与调度中心之间的需求合理分配，从而完成电网自动调度功能测试。作为并网风力发电机组中的重要一环，电网自动调度能够对所有风力发电运行设备进行控制，同电气工程运行质量有着重要关系，逐渐摆脱人工作业束缚。强调风力发电机组相关数据的自动化整合及自动化收集，并将相关数据进行有效调度，从而适应发电市场发展需求。

3.2电网触点模型构建

风电机组触点接触系统主要分为接触电阻与内部电阻两部分，进行静态接触热稳定研究项目时，需要保持这两种形式的电阻相同，且保证触点系统的触头大小一致，从而控制并网风力发电机组电能质量，完成W形截面触点的热稳定性研究。电流线收缩使得风电机组出现接触电阻，而其表面膜仅通过干扰系统导电斑点的形成影响电流收缩强度，因此在进行隔离开关静态触点电阻计算时，要忽略膜电阻的影响效果，即：

R=Re

式中：R为接触电阻，Re为收缩电阻。

借助Holm单斑点一级收缩模型，使得模型触点形状为圆形金属导电斑点，在电流通过此导电斑点时电流线会出现收缩现象，造成收缩电阻，其收缩形变程度与风电机组触点压力及形状有直接关系。过程中要保证并网触点静态系统结构满足Hertz模型接触条件，即整个接触面积要低于单个零部件的半径，降低表面相对曲率半径。根据资料显示，触点接触力会对静态触点收缩电阻产生影响，尤其在瞬时过热状态下，接触力会造成触点半径发生变化，使得内部温度升高。为保证静态接触下热稳定性分析模型的研究有效性，在进行Workbench中有限元分析工作时，在并网耦合节点施加一个适应力，形成接触力对等条件，避免接触力对整个触点的影响，保证触头截面形式风电机组电能质量检测研究结果准确性。

3.3动态无功补偿测试

动态无功补偿模式又被称为静止同步补偿器，其补偿效果是早期的电容器、同步调相机无法媲美的，具有较高的补偿效率。并网风力发电机组电能质量测试及评估运行试验中，技术人员可以通过改变并网发电输出功率，使整个机组的负载情况发生变化，判断其是否符合相关要求，能否建立并保障网络通信系统的工作稳定性，有效延长风力发电机组的使用寿命。其核心技术主要分为静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）和静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）两种装置，但近年来SVG技术的不断发展，使其逐渐取代了SVC的市场地位。但是无论哪一种无功补偿状态下，都需要展开无功综合控制试验以及快速响应试验，并判断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[3]。

借助计算机系统软件实现发电厂设备联网管理需求，克服不同厂商设备之间的兼容性调节问题，在实际工作中，动态无功补偿模式可以根据发电厂电压调节需要，控制调节速度及精度要求。虽然现阶段没有对并网风力发电机组进行强制性全容量SVG要求，但要自觉加装动态无功补偿设备，随着发电厂作业过程中电气工程及其自动化技术的应用普及，逐渐加强对电网动态无功补偿必要性的深入认识和规范修订，未来安装SVG可能成为大型并网建设必然要求。在并网风力发电机组电能质量测试及评估运行试验设计环节，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。应用SVG中的同步锁相、蓄电池以及SPWM等技术，保证发电厂电气工程及其自动化技术管理工作中，负荷转移工作的顺利完成，并具备一定的预警故障诊断功能。

结论：风力发电并网技术是一种极为先进的清洁能源利用项目，该技术的应用有利于实现发电厂作业标准统一，但其还存在许多技术问题需要解决。可以通过建立风电机组自动化运行模型等方式，进行并网风力发电机组电能质量测试及评估运行试验，加强对风力发电机组内部设备的控制管理体现了现代科学技术发展的重要意义，实现清洁能源使用技术的进一步升级创新。

参考文献：

[1]陈俊岭，汪彦辰，冯又全.风力发电塔用盆式调谐/颗粒阻尼器设计参数对照试验研究[J].太阳能学报，2021，42（04）：460-465.

[2].“风电运维与测试技术”湖南省工程实验室简介[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2021，31（01）：2.

[3]谢超.风力发电齿轮箱设计制造技术现状及发展趋势探析[J].决策探索（中），2020（10）：54.