董書俊 吳 昊

（江蘇海上龍源風力發(fā)電有限公司，江蘇 南通 226014）

作為可再生資源的代表之一，風能資源能夠有效緩解我國傳統(tǒng)資源短缺的壓力，協(xié)調(diào)了資源應用與生態(tài)環(huán)境改善的關系。目前風能技術研究逐漸成熟，風能發(fā)電規(guī)模擴大，風力發(fā)電的發(fā)展市場與前景十分廣闊。電力電子技術的不斷升級，風力發(fā)電技術成本降低，為風力發(fā)電技術性能的優(yōu)化創(chuàng)造了有利條件。風力發(fā)電并網(wǎng)技術的應用，解決了風力發(fā)電中存在的無功、諧波問題，提升了風力發(fā)電穩(wěn)定性。文章研究旨在加大對風力發(fā)電并網(wǎng)技術及電能控制的研究力度，為風力發(fā)電未來發(fā)展積累更多經(jīng)驗。

1 剖析風力發(fā)電并網(wǎng)研究重要性

風力發(fā)電改變了熱能轉變電能的傳統(tǒng)發(fā)電模式，降低了電能生產(chǎn)過程中對環(huán)境的危害，對比傳統(tǒng)發(fā)電模式，污染處理成本更低。作為典型的綠色可再生資源，在滿足發(fā)電條件基礎上不會產(chǎn)生附加污染物，有效實現(xiàn)生態(tài)發(fā)展綠色環(huán)保目標，為經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供助力[1]。目前風力發(fā)電技術逐漸成熟，國家對風力發(fā)電量的需求也在不斷增加以及政府對風能方面資金與技術的側重，使風力發(fā)電廠覆蓋規(guī)模持續(xù)擴大。為了更好地發(fā)展風力發(fā)電，提高電能的利用效率，應積極采取風電并網(wǎng)技術，通過有效并網(wǎng)處理，打造離網(wǎng)型發(fā)展結構，充分發(fā)揮出風力發(fā)電優(yōu)勢。風力發(fā)電廠的建設成本低，施工周期較短，占地面積少，這些都為風力發(fā)電電網(wǎng)建設提供了有利條件[2]。風力發(fā)電并網(wǎng)技術的應用，為風力電能有效利用奠定了基礎，便于深度開發(fā)風力潔凈能源價值。直驅型風電機組系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 直驅型風電機組系統(tǒng)

2 風力發(fā)電并網(wǎng)技術詳細介紹

2.1 同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術

風力發(fā)電中同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術的應用，能夠做到無功功率、有功功率同步實現(xiàn)形成與輸出，整體運行周波穩(wěn)定，有效提高了風力發(fā)電電能質(zhì)量，提高了風力電網(wǎng)終端用電設備的穩(wěn)定性，維持正常運行的同時保證了風力發(fā)電的安全性。同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術在實際應用中還存在部分薄弱環(huán)節(jié)，風速控制方面效果不夠理想，運行轉矩穩(wěn)定性較差，電力系統(tǒng)應用同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術期間，系統(tǒng)會受到明顯沖擊，導致風力發(fā)電系統(tǒng)設備損耗增加，壽命縮短[3]。同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術中還存在精度、轉矩不符等現(xiàn)象，電能質(zhì)量受到直接影響，導致電網(wǎng)電壓與系統(tǒng)運行最終電壓之間存在差異性。同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術的應用掌握能力有待提高，若技術控制不到位，將產(chǎn)生無功振蕩情況，導致電能質(zhì)量降低。為了更好地發(fā)揮出同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術應用優(yōu)勢，擴大應用范圍，采用變頻裝置，協(xié)調(diào)電機與電網(wǎng)關系，進一步提升技術應用與發(fā)展速度。

2.2 異步發(fā)電機組并網(wǎng)技術

異步發(fā)電機組并網(wǎng)技術與同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術存在差別。高精度機組調(diào)速方面，異步發(fā)電機組并網(wǎng)技術對高精度機組調(diào)速要求嚴格度不高，并網(wǎng)操作簡潔，通過對基本轉速和同步轉速的控制即可實現(xiàn)。風力發(fā)電系統(tǒng)中異步風力發(fā)電機組并網(wǎng)技術能夠有效提高風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制裝置復雜度較低[4]。實際應用中存在的難點包括并網(wǎng)技術處理時，電力系統(tǒng)將受到較大沖擊，系統(tǒng)的安全性易受到威脅；受磁路飽和現(xiàn)象干擾，勵磁電流增加，系統(tǒng)功率出現(xiàn)明顯波動。異步發(fā)電機組并網(wǎng)技術應用有效性的提高，應妥善了解實際應用難點，在此基礎上打造完善的監(jiān)督體系，實時觀察并網(wǎng)運行狀態(tài)?？茖W梳理異步發(fā)電機組并網(wǎng)技術應用思路，采取有效措施緩解系統(tǒng)沖擊電流，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性。異步發(fā)電機組并網(wǎng)系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 異步發(fā)電機組并網(wǎng)系統(tǒng)原理

結合圖2內(nèi)容，電子電力裝置尤為關鍵。風力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機轉速受到風速變化影響，發(fā)電機轉速為n，變頻器會及時對轉子電流頻率fr進行調(diào)整，達到并網(wǎng)系統(tǒng)要求的定子頻率恒定狀態(tài)，即fs，滿足fs=pfm+fr。定子電流頻率必須保持風力電網(wǎng)頻率同步狀態(tài)，轉子機械頻率為fm，轉子電流頻率為fr，電極極對數(shù)為p。當發(fā)電機轉速與定子旋轉磁場轉速(n1)之間關系為n＜n1時，風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的發(fā)電機狀態(tài)為亞同步，發(fā)電機轉子運行所需要的交流勵磁電流主要由變頻器提供，發(fā)電機向電網(wǎng)提供電能主要依靠定子實現(xiàn)；當發(fā)電機轉速與定子旋轉磁場轉速(n1)之間關系為n＞n1時，風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的發(fā)電機狀態(tài)為超同步狀態(tài)，電網(wǎng)電能主要通過定子、轉子共同提供；當發(fā)電機轉速與定子旋轉磁場轉速(n1)之間為n=n1關系，則風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的發(fā)電機狀態(tài)為同步，變頻器通過轉子直接向系統(tǒng)提供直流勵磁。借助變頻器對風力發(fā)電系統(tǒng)中的轉子勵磁電流進行調(diào)整，達到變速恒頻的有效控制，可以實現(xiàn)根據(jù)轉速的調(diào)整，有效控制機械應力的消耗。實時跟蹤風力發(fā)電機轉速變化，保證發(fā)電機運轉期間始終處于最佳功率輸出狀態(tài)。減少沖擊力，提高輸出功率穩(wěn)定性。

3 風力發(fā)電并網(wǎng)技術應用電能質(zhì)量受到的影響

3.1 諧波的引入

諧波對于風力發(fā)電并網(wǎng)技術的使用具有一定的影響，使用風力發(fā)電并網(wǎng)技術時，涉及的逆變器通常會形成諧波；接通風力電源后，開展工作時也會形成諧波。二者均會引入一定量的諧波，對于電網(wǎng)結構的電能質(zhì)量產(chǎn)生直接影響[5]。受客觀因素影響，風力發(fā)電并網(wǎng)技術在使用時，多數(shù)風力發(fā)電機組并網(wǎng)時主要是使用軟并網(wǎng)技術，技術應用過程中會形成大量的沖擊電流，若外界風速大于切入風速，風機將無法達到額定運行狀態(tài)，對使用風力發(fā)電并網(wǎng)技術的電網(wǎng)供電質(zhì)量影響較為嚴重。

3.2 電壓閃變與波動

風力發(fā)電并網(wǎng)技術對于風力發(fā)電電壓有直接影響，會產(chǎn)生電壓閃變、電壓波動等問題。連接風電發(fā)電并網(wǎng)時，配電變壓器與連接位置若較為接近，此處的接入工作會導致電網(wǎng)產(chǎn)生較小的電壓閃變[6]。若配電變壓器與連接位置極為接近，將對電流產(chǎn)生極大影響，會使饋線的電壓出現(xiàn)較大波動，影響電機設備的正常使用。風力發(fā)電的使用，也會提升電網(wǎng)電壓，現(xiàn)階段多數(shù)風力發(fā)電電機均為異步電機，電機的旋轉磁場構建使用大量的無功功率，無功功率會對電網(wǎng)的整體電壓產(chǎn)生直接影響，通過風力發(fā)電并網(wǎng)技術對發(fā)電進行入網(wǎng)處理，會減少大量無功功率，達到降壓的目的[7]。

4 風力發(fā)電并網(wǎng)電能質(zhì)量控制的有效措施

4.1 科學有效地控制諧波

風力發(fā)電并網(wǎng)技術應用中，電能質(zhì)量會受到諧波影響，為了提高風力發(fā)電并網(wǎng)技術的應用效果與風力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性，應采取有效率措施對諧波進行控制。從電能質(zhì)量控制角度出發(fā)，有效抑制諧波，保證風力發(fā)電并網(wǎng)的安全性[8]。以靜止無功補償設備為載體，引入風力發(fā)電并網(wǎng)中，及時對無功功率進行判斷，根據(jù)判斷結果對設備狀態(tài)進一步了解，跟蹤無功功率，掌握功率變化狀態(tài)。靜止無功補償設備在實際應用中，反應迅速，控制能力較強，能夠有效調(diào)節(jié)電壓起伏情況，快速鎖定電壓起伏原因，據(jù)此制定針對性措施，有效消除諧波，保證風力發(fā)電機組系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。

4.2 加大電壓閃變與波動控制力度

（1）增設優(yōu)良補償裝置、動態(tài)電壓恢復設備。風力發(fā)電并網(wǎng)技術應用中，電能質(zhì)量控制主要表現(xiàn)為電壓閃變控制、波動控制?？稍鲈O優(yōu)良補償裝置，搭配動態(tài)電壓恢復設備，及時對風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的能量進行儲存，設置儲存單元，實時對無功功率進行存儲，根據(jù)實際情況適當為系統(tǒng)提供無功功率，結合運行需求對有功功率進行補償，使電能質(zhì)量實現(xiàn)單元化、階段性控制，提高穩(wěn)定性。

（2）科學設置有源電力濾波設備。閃變現(xiàn)象的出現(xiàn)，需確定控制切入點，對負荷電流劇烈波動狀態(tài)，有效補償無功電流，達到并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性與負荷電流補償、安全性提高的目的。有源電力濾波設備的設置，需要引入可關斷電子設備零件，通過電子控制設備功能，及時對風力發(fā)電并網(wǎng)中不穩(wěn)定系統(tǒng)電源進行替換，為電壓負荷輸送平滑穩(wěn)定的電流，確保風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)負荷電流僅接觸正弦基波電流。對系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性方面，有源電力濾波設備應用優(yōu)勢明顯，其反應能力迅速，能夠根據(jù)系統(tǒng)異常情況快速作出應對；設備可靠性高；閃變補償率極高；電壓波動狀態(tài)控制效果好。

（3）加大優(yōu)化電能質(zhì)量的力度。電能質(zhì)量的理想狀態(tài)是形成正弦波，受各種因素影響，電波波形通常會出現(xiàn)偏離現(xiàn)象。對當前的電能狀態(tài)進行分析可知，多數(shù)地區(qū)均有電能質(zhì)量不高的狀況，需針對電能質(zhì)量進行優(yōu)化與控制。不斷優(yōu)化電功率，保證形成無功就地平衡狀態(tài)，確保供電半徑具有較強的合理性；根據(jù)實際需求選擇合理的供電線路導線截面，對變電與配電設備的配置進行科學設計，防止超負荷問題出現(xiàn)；合理設置調(diào)壓措施，調(diào)壓措施的應用能夠有效解決變壓器加裝存在的各種問題。

（4）風力發(fā)電并網(wǎng)智能調(diào)控技術。風力發(fā)電并網(wǎng)智能調(diào)控技術，是電能質(zhì)量控制的重要措施。風力發(fā)電并網(wǎng)智能化水平不斷提高，為電能質(zhì)量控制提供了有利條件。

智能調(diào)控技術主要表現(xiàn)包括科學整合傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及智能感應技術的有效控制。傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合應用，以自動化控制系統(tǒng)為載體，保證傳輸安全基礎上及時傳輸，嵌入智能化技術，科學利用ICP/TP傳輸協(xié)議打造共享傳輸系統(tǒng)，解決不同系統(tǒng)通信不及時的問題。以風力發(fā)電用戶端設備為主，借助寬帶路由器輔助與公共局域網(wǎng)的支持，對電能質(zhì)量進行智能化控制；風力發(fā)電電能質(zhì)量控制應用到智能感應技術，打造系統(tǒng)化的智能電網(wǎng)，控制電網(wǎng)中的設備，通過全過程電網(wǎng)監(jiān)測，實時提取設備信息，掌握設備運行狀態(tài)；科學應用無線感應器，提高智能風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，科學調(diào)整變動電器，充分發(fā)揮智能感應技術的功能優(yōu)勢。

5 結語

對風力發(fā)電而言，并網(wǎng)技術是智能化與技術性發(fā)展的重要支撐，關系著風力發(fā)電的可持續(xù)性。風力發(fā)電并網(wǎng)技術應用過程中電能質(zhì)量易受影響，為了保證電能質(zhì)量，必須制定有效的控制措施。新能源開發(fā)已經(jīng)進入新的階段，科學技術的支持以及風力發(fā)電量需求的增加，標志著風力發(fā)電并網(wǎng)技術應用研究力度將進一步上升。結合機組并網(wǎng)容量變化與電能質(zhì)量穩(wěn)定性要求，深層次剖析不同并網(wǎng)技術下風力發(fā)電效率變化。同步發(fā)電機組并網(wǎng)技術、異步發(fā)電機組并網(wǎng)技術具體應用中存在很多差異性，并且在不同程度上體現(xiàn)出應用薄弱環(huán)節(jié)，應根據(jù)風力發(fā)電系統(tǒng)情況，做出針對性地優(yōu)化調(diào)整，及時規(guī)避并網(wǎng)技術問題。制定更完善的電能質(zhì)量控制方案，有效提高風力發(fā)電并網(wǎng)技術應用以及電能質(zhì)量。