风力发电并网技术及电能控制分析

王生林

国家能源集团龙源（青海）新能源开发有限公司 青海西宁 810000

1 风力发电并网技术的

1.1 同步风力发电机组的并网

（1）交流连接方式。在并网之前，同步发电机组大多和系统不同步，因此并网时需要进行整步及整同步操作，目的是有效减小冲击电流与冲击力矩，使其与系统无论是电压、角速度还是相位都相一致。理想的状况是在并列的那一刻，电磁力矩和发电机定子电流都处于零的状态。但是，整步操作通常要2-4min才能完场电压、相位角以及角速度的调节，如果系统电压与频率出现快速变化，整步的时间更长，风力发电机的动力不太稳定时，要将其整步到准同步则难度更大。实际上要达到十分理想的并网条件几乎是难以实现的，通常都有一定的偏差存在，因而会有一定的冲击电流产生，这就需要将其控制在合理的范围内[1]。

（2）交-直-交连接方式。这种并网方式需要对交流电进行整流，使其变为直流电，然后使用逆变器进行转换，又变为交流电，并与系统频率一致。但是，这个过程对逆变器的要求较高，控制以来比较麻烦，而且增加了成本，同时逆变器工作过程中会对系统的电能质量产生影响。所以，其适用性较差，小型同步风力发电机组可以采用这种技术。

1.2 异步风力发电机组的并网

异步风力发电机组运行时，对负荷的调整主要是依赖于转差率实现，因此相对于同步风力发电机组而言，其对机组的调速精度没有那么严格的要求，并网时只要保证转速与同步转速差不多就可以进行，整步操作或同步设备就用不上了。控制装置简单成为异步发电机的最大优势，而且并网后可避免失步或震荡现象的发生，能够实现稳定、安全可靠的运行。然而其也存在不足之处，如果直接进行并网，很大概率会有大冲击电流产生，引起电压下降，对系统的安全运行造成不利影响；同时，由于系统不具备无功功率，因而必须进行无功补偿；系统电压太高，会造成磁路出现饱和的情况，增大了无功激磁电流，使定子电流出现过载现象，最终导致功率因素快速降低。

2 风电并网运转运行实验

2.1 动态无功抵偿设备公用特性测试实验

对风电并网运转方式进行实验，动态无功抵偿设备功用特性测试就是其中之一，主要目的就是确定电容抵偿投切的一系列步骤以及操作是否符合相关标准。整个实验操作非常简单，要求在运转机组进行并网的过程中，对发电机的输出功率进行调整，同时还需要改变机组的负载状态。并且，在实际操作中为了降低各项因素对实验结果可靠性的干扰，应尽量保证在尽量差工况以及风速不稳定的发电状态下来进行实验，可最大程度地保证实验结果的准确性[2]。

2.2 风电场电能质量测试实验

在进行风电场电能质量测试实验前，应确定风电场风机处于停运状态下，并对所有并网点进行一次全面检测，通过此项操作来验证确定各次谐波电压的安稳度以及电压总谐波是否正常。假如风电场处于正常的运转状态，则应对各功率区间、谐波电压来进行测试，由此便可来判断风电场谐波电流是否符合相关标准。

3 风电并网对电网的影响

3.1 谐波影响

①应用风力发电并网技术过程中涉及到的逆变器形成谐波；②风力电源在接通后进行工作的过程中本身会形成谐波源。这些方面都可能是引入较多谐波的因素，从而使电网整个结构的电能质量受到影响。除此之外，就目前的风力发电技术来说，大多数的风力发电机组利用软并网的技术方式完成并网，此过程易产生大量冲击电流，当切出风速低于外界风速时，风机就会处于额定处理状态之外，对并网技术下电网供电质量造成了严重的影响。

3.2 电压波与闪变

利用风力发电并网技术进行发电会造成对电压的影响，易产生电压的波动和闪变。在对风力发电并网进行连接的过程中，若连接位置与配电变压器非常接近时，则此接入工作只会轻微地影响电网产生电压闪变，但是接连位置与配电变压器非常靠近时，则会对电流产生较大影响，会造成馈线附近电压的大幅度波动，致使用于发电的用电设备受到损害，进一步使其正常的运行状态受到影响。除此之外，由于接入了风力发电，导致电网电压升高，特别是当前用于风力发电的电机较多的为异步电机，此发电机在进行旋转磁场的构建时会消耗大量的无功功率，这些功率的分布严重影响着整个电压的情况，在利用并网技术对这些发电大规模进行入网处理之后，就会消耗掉其中的一大部分无功功率，这会在一定程度上提高线路上的压降。

4 风力发电电能控制要点

4.1 并网谐波控制

想要降低风电并网对电网运行状态的影响，需要选择合适有效的方法来进行电能质量控制，比较成熟的方法如抑制谐波。可向系统增设静止无功补偿设备，利用其所具有的判断无功功率状态是否变化的特点，来对可能产生变化的无功功率状态进行可靠跟踪，实际应用准确度高且反应迅速。并且，增设的静止无功补偿设备还能够调节电压的起伏程度，例如因为风速变化不稳定时，使得电压大小起伏变化，以此来有效消除谐波，保证风力发电机组的运行状态不会影响到电网的电能质量[3]。

4.2 电压波动与闪变控制

①增设有源电力滤波设备。风力发电并网技术的应用，为避免过程中出现电压闪变问题，需要在负荷电流产生较大波动前，对因负荷变化产生的无功电流进行补偿，做到补偿负荷电流的目的。在风力发电系统中，可关断电子设备作为其中的零件之一，将其应用到有源电力滤波设备中，能够通过电子控制设备来将此过程中的系统电源更换掉，实现畸变电流向电压负荷的输送，确定只向负荷电流提供系统正弦基波电流。②增设优良补偿设装置。为有效抑制电压波动的产生，可选择向系统增设动态恢复设备以及增设优良补偿装置的方式应对。通过补偿装置自身具有的可存储能量单元，来确保无功功率被提供出去的同时可以再次进行补偿，避免电压变动造成的不良影响，达到控制电网电能质量的目的。

5 结语

风力发电技术已经比较成熟，而可选择的并网技术虽然实际应用效果良好，但依然存在一定问题，为保证并网不会对电网电能质量产生影响，还需要做更为深入的研究。同时，总结经验确定风电并网电能质量控制的要点，不仅要增设各项设备，还应改善电功率因素，科学合理的选择确定供电线路导线截面等，争取通过多项措施来维持电网的高质量供电。