风力发电并网技术及电能质量控制对策分析

来源：SCI期刊网 分类：电子论文 时间：2021-12-15 10:29 热度：

摘 要：摘 要：介绍风力发电并网技术，并提出改善电能质量的措施。 关键词：风力发电;并网技术;电能质量控制 0 引言 随着我国风力发电事业的发展，规模不断扩大，其并网对整个电力系统的影响不

　　摘 要：介绍风力发电并网技术，并提出改善电能质量的措施。

　　关键词：风力发电;并网技术;电能质量控制

　　0 引言

　　随着我国风力发电事业的发展，规模不断扩大，其并网对整个电力系统的影响不可忽视，如电压波动、闪变问题，以及谐波等，不但对电力系统的安全稳定运行造成严重影响，而且影响电能质量。为了实现风力发电的安全并网，消除不良影响，现代电力电子技术的应用必不可少。

　　1 风力发电并网技术的

　　风力发电并网示意图如图1所示。在进行风力发电并网时，其各方面的电压技术参数需要符合电网系统的电压要求，如电压幅值、电压频率等。随着风力发电在我国的大规模发展，风力发电机组容量越来越大，其在并网过程中难免会冲 击 电 网， 情况严重时会导致电力系统电压降低，甚至损坏发电机及部件，长此以往，极易造成系统崩溃，并对其他并网机组的安全稳定运行带来隐患。因此，要重视并网技术的选择。

　　1.1 同步风力发电机组的并网

　　对于同步发电机而言，由于其在运行时不但能够输出有功功率，而且能够提供无功功率，与此同时，其周波比较稳定，电能质量也有保证，因此在电力系统中获得十分广泛的应用。目前关键的问题是需要将风力发电并网技术与同步发电机组进行有效的融合。可采取两种并网技术：

　　(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。

　　(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;此外，不稳定系统的频率增加过快，如果同步转速出现上升，会使得异步发电机出现电动状态，若频率降低，又容易导致异步发电机电流骤然增加而引起过载现象。因此，为了使风力发电机组能够安全稳定地运行，需要对其进行严格监督，同时采取针对性的应对措施。

　　2 风力发电并网运行试验

　　2.1 关于软并网的功能试验

　　提高异步发电机组主轴的速 度， 转速是同步速度的92%～99%时，触发并网接触器，发电机便通过双向晶闸管实现和电 网 的 连 接， 通过对晶闸管触发单元的有效控制，将其导通角慢慢变大到180°。对晶闸管导通角打开速率进行控制， 以保证并网时出现的冲击电流不会影响系统。在完成暂态过程时，将旁路开关进行闭合操作，同时短接晶闸管。

　　2.2 关于电能质量的试验

　　在对风电场进行保护的阶段，对屏取三相电压与电流进行计量，检测并网点的电压闪变、谐波及偏差等各种相关指标。在风电场停止运行阶段，对并网点电压总谐波畸变率和各次谐波电压进行检测。在风电场处于正常运行状态时，对各功率区间并网点的谐波电流与电压进行检测，测出风电场95%的谐波电流。

　　2.3 关于动态无功补偿装置功能的试验

　　机组并网运行时，对发电机的输出功率进行调整，以观察负载不一样的情形下，其电容投切状态会不会出现异常情况。在测试动态无功补偿装置的功能时，必须测试其在最恶劣工况下运行的状态，包括：

　　(1)风电大发 工 况。在这种运行条件下，风 电 场 输 出线路处于重载状态，无功损耗最大，而母线电压却处于低水平状态。所以这种工作状况一般只进行容性无功补偿试验。

　　(2)风电小发 工 况。在这种运行条件下，输 电 线 路 具有比较大 的 充 电 功 率， 母线电压处于较高水平状态。 所以，这种工作状况一般只进行感性无功补偿试验。

　　相关期刊推荐：《电工技术》(月刊)创刊于1980年，是由国家科技部主管，科技部西南信息中心主办，在国内外电力电子、自动化类杂志中具有很大影响力的实用性技术杂志。设有：供配电、自动控制、器件与设备、企业与产品等栏目。

　　在这两种恶劣的工况下，不但要测试暂态过程中装置的响应情况， 而且要测试稳态下电压无功的综合控制情况，通过这些试验对无功补偿控制策略进行正确性的检验，并检验SVG装置是否能够稳定运行。

　　2.4 关于风电机组低电压穿越能力的试验

　　电压突然下降不但会对电网造成影响，而且还会影响风电场内正在运行的发电机组，此时需要使用限流电抗进行控制。进行试验时，需要以现场情况为依据，对限流电抗阻值的大小进行调整，降低电压跌落对电网产生的不利影响，对风力发电机组的暂态响应不会造成明显的影响。无论是在电压跌落发生之前还是之后，都可以利用旁路开关对限流电 抗 进 行 短 接。 短路开关通过短路电抗实现闭合，两相或者三相连接短路电抗，对电网故障进行模拟，以对电压跌落的情况进行测试。在测试过程中可以对电抗阻值进行调整实现不同程度的电压跌落状况。

　　3 加强电能质量控制的措施

　　(1)滤除谐波。谐波的抑制可以使用专门的设备，如静止无功补偿器，其组成包括电抗器、电容器、谐波滤除装置等。其最大的特点是具有非常快的反映速度，可以实时跟踪处于变化中的无功功率，调节风速不稳定导致的电压变化，实现谐波的滤除。

　　(2)有效控制 电 压 波 动 与 闪 变。要实现对电压闪变的有效控制，应在负荷电流出现激烈波动的情况下实时补偿由于负荷变化而形成的无功电流，达到实时补偿负荷电流的目的，这需要用到有源电力滤波器。有源电力滤波器具有较快的 响 应 速 度， 较高的闪变补偿率， 较 小 的 补 偿 容量，并具有较强的控制能力，能够安全稳定运行，从而对电压波动进行抑制，实现电压稳定。

　　在中低压配电网中，有功功率出现快速波动，会导致电压出现闪变，要求补偿装置必须具备更好的功能，一方面要对无功功率进行补偿，另一方面还必须对瞬时有功功率进行补偿。在电能质量改善方面，具备储能单元的补偿装置相对以往的无功补偿装置更具优势，因而获得广泛应用，如动态电压恢复器，可以实现毫秒级故障电压与正常电压差值的输入，通过实时补偿方式有效抑制电压波动。

　　使用综合类补偿装置可以实现对电流与电压质量的统一补偿。这种补偿方式以串联或并联的形式组合储能单元，以解决用户电力综合补偿的难题，提高电能质量。

　　4 结语

　　专用装置的应用，使得风力发电并网的许多技术难题得到妥善解决，并能够改善电能质量。——论文作者：梁佳斌

　　参考文献

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　　[4]齐洁，常耀华.对风力发电并网技术与其电能质量控制策略浅论[J].企业研究，2014(02).

文章名称：风力发电并网技术及电能质量控制对策分析

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