风力发电并网技术及电能质量控制策略

风力发电并网技术及电能质量控制策略

李宏超

甘肃中电投新能源发电有限责任公司 甘肃 兰州 730050

摘要：风力发电与包括光伏发电等在内的绿色清洁能源，是人类开发能源利用的主流发展趋势。风电并网会给电力系统带来巨大冲击，给电能质量也会造成负面影响，同时技术应用和安全风险也是需要考量的重点因素。本文就风力发电并网技术的科学利用，以及控制电能质量的有效策略进行全面探讨，希望能够找到破解风电并网不利影响难题的可靠途径，为社会生产生活提供优质电能，促进国家绿色能源产业的持续发展。

关键词：风力发电；并网技术；电能；质量控制策略

引言：风力发电并网技术，是伴随着新型清洁能源开发利用而诞生的技术应用，它通过同步和异步风力发电机组并网技术的合理利用，为电力系统的安全可靠运行提供有力保障。风电并网以后，会在电网谐波以及电网频率方面给电能质量带来不利影响，要控制这种并网危害，电力部门还须通过有源电力滤波和动态电压恢复设备应用，控制电网电压波动和闪变，提高电能消纳能力，推动电网向智能化方向发展，完善机组设计，提高电能质量。

1.风力发电并网技术

风力发电并网技术可以细分为下列两种类型：第一，同步风力发电机组并网技术。它是风力发电机功能有机结合同步风力发电机功能后，让二者实现同步运行，能够同时完成有功功率输出，而且可以向发电机组进行无功功率供应，为系统的安全稳定运行提供有力保障，还可对电能质量进行优化改进，国内目前的电力系统绝大多数都有同步发电机组配备，力保电力系统运行平稳可靠；第二，异步风力发电机组并网技术。就是风力发电机功能有机结合异步风力发电机组功能，这种配置无需异步高精度风电机组，能够尽量在转速上实现二者一致就行。它的优势在于配套管理设施简便易行，一旦完成并网，能够从整体上保证体系安全可靠运行。它的劣势也很明显，就是利用异步风力发电机组进行并网，在目前的技术水平下并不能提供切实保证，技术缺陷比较明显。举例来说，一旦并网会给整个系统带来很大冲击，电流带来的影响因素严重情况下可以给电力运行埋下很大安全隐患。

2.风力发电并网后给电能质量带来的不利影响

2.1.电网频率异常

电力系统的传统生产运行方式下，频率异常问题是一种小概率事件。经过多年对光伏发电并网进行频率监测，大量资料证实光伏发电站哪怕处于低容量状况，多台机组也能实现同时投切，电网的频率限制不会对此产生任何影响。然而现代电网出现了新的发展趋势，发电总量中风电占比呈持续上升趋势，风力发电机组明显的随机性特点会带来更多不利影响，而且过大的随机性会让风力发电站的整个电网系统发生剧烈的频率起伏，系统供电、用户用电以及全系统运行都无法保持正常状态，一系列问题也会接踵而至。技术人员就风电功率波动构建专用模型并进行试操作，同时评估电网系统的运行功率表现，结果显示当功率波动处于0.01到1赫兹区间时，电网系统受到的不利影响最大。

2.2.电网谐波

风力发电一旦并网会带来包括电网谐波在内的多种不利影响。风力发电站属于和光伏发电站同样性质的新型清洁能源发电站，它们是产生电网谐波的主要来源。第一，以光伏发电站为例，它一旦实现并网运行，如果光照条件处于动态变化状态，电站的输出功率也会随之发生谐波的间歇起伏，进而生成谐波污染，影响系统安全稳定；第二，风力发电站完成并网运行后，发电机组内部设置的电子装置会产生谐波，同时风电场内部的并联补偿电容器以及线路就会发生电抗谐振。

3.控制风电并网电能质量的有效策略

3.1.促进电网向智能化方向发展

风电实现并网后会严重冲击正常运行的电力系统，要有效降低这种危害，电网设计期间就要对风力发电机组潜在的不利影响予以高度关注，严防继电保护器出现误动作，对电网的安全稳定运行造成严重危害。同时，风电机组在并网过程中，电力系统须合理引进利用智能化设备，对并网引发的谐波以及电压闪变等安全隐患进行有效防御，提升电网运行的安全可靠性。如今国家的电力事业正处于发展高峰期，智能化建设必定会成为未来发展的主流趋势，这将大幅提升电能输送效率，有效规避窝电问题，对区域电能需求进行合理平衡，提高电能资源利用率，减少资源浪费。

3.2.优化完善机组设计

风力发电在实现并网期间，风电设备一定要保证质量，而且要保证所有风电运行环节的无缝衔接。风力发电量目前已经在电力系统电能总量中达到很高占比，整个系统要维持安全稳定运行，不仅要提升设备的安全可靠性，同时也要着力提升系统可靠性，从电网整体角度制定发展策略，确保风电机组并网能够取得理想的经济和社会效益。同时，风电场也要对无谓投资进行科学控制，进而控制用电成本，改善风电发电量。而且风电机组选型须优先考虑能高效运行且小体积轻质量的类型，可有效遏制成本上涨。改善机组设计还有利于提升设备可靠性，给风电并网带来积极影响。

3.3.电压波动和闪变抑制

如果风力发电实现了并网，要对电能质量进行有效控制，可以通过对电压的波动和闪变进行抑制来达到目的。可以为电力运行系统加装两种专用设备，一是控制电压闪变的有源电力滤波设备，二是控制电压波动的动态电压恢复设备。第一，有源电力滤波设备能够补偿负荷电流剧烈起伏出现的无功电流，而且在其内部布设关断电子件，可以替换系统电源，且把畸变电流输送到电压负荷，带动电力系统把加正弦基波输送到负荷，为电能质量提供有力保障。有源电力滤波设备应用于电力系统，其明显优势在于高效补偿电压闪变，适用于更大范围的电压波动，是促进电力系统实现安全可靠运行的有效保证；第二，动态电压恢复设备。它能在系统电压出现大幅波动时补偿有功和无功功率。功率补偿设备内置储能单元，配置有补偿设备，它的作用之大非无功补偿设备可比，可大幅提升电能质量。储能单元设置在动态电压恢复设备中，能够随时补偿负荷电压，可有效处理系统的电压波动，进而控制电能质量，其作用举足轻重。

3.4.提高电能消纳能力

目前国内还未建成全国统一的电网智能联网，如果有的地区发电量大多用不完，极易造成窝电问题，对风力发电的顺畅并网造成不利影响。原因在于一些地区建有火力发电的传统装机容量，其电能产量足够本地区用电，风力发电厂这种大型发电基础设施没有再建的必要。如果已经建成的风力发电厂长期搁置不用，发电设备也同样会一直闲置，这样会严重浪费社会资源。风力发电设备要实现高效利用，避免浪费社会资源，国家在提倡地区发展风电建设的同时，还须结合当地实际对电价进行适度调整，鼓励区域用电户多多使用风电，降低火电产能，还可起到环境保护的积极作用。同时，要结合每个地区不同的用电高峰时段，合理调控电能供应，在此基础上出台切实可行的调峰机制，推动区域风电并网的顺利进行。这也证明风电具备反调峰作用，相关部门可据此构建专用智能系统，动态监测系统的用电峰值，促进风电并网有效互补电网输电，使风电并网后实现高质量供电。

结束语：总而言之，在全球能源越来越紧张的大环境下，包括中国在内的世界各国，都在着力开发新型能源，包括风能、热能以及太阳能等在内的清洁能源开发利用，提上了人类发展的议事日程。以风力发电为例，虽然它在清洁能源利用中具有很大优势。但是如果与现行电力系统实现并网运行，会带来很多技术问题和风险因素，降低电能质量，对电力系统的安全稳定性造成不利影响。电力部门还须努力探索风电并网技术的合理利用方法，采取控制电能质量的有效策略，保证电力系统优质、高效且安全运行。

参考文献

[1]逯志东.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].城市建设理论研究:电子版,2016(13).