摘要：风力发电技术在当今的社会发展中占据了非常重要的位置，其在电力市场中所占的份额也明显增加，对能源结构的调整有着十分积极的作用，但是在电力生产中，采取何种措施不断的提高风能的利用效率，提高风力发电系统的运行质量和运行效率，减少谐波的不利影响也成为人们更加关注的问题。本文通过介绍风力发电并网技术，进而提出控制电能质量的策略，希望能够对风力发电技术的普及和电力事业发展提供一定的理论参考。
关键词：风力发电；并网技术；电能质量控制
1风力发电及其并网技术
1.1风力发电技术
风力发电机组主要包括风机、永磁同步发电机、功率变换器、测量与控制系统等几大部分，如图1所示。风力发电的基本原理是：风机中的风轮能够采集和吸收风力能源，在这个过程中外界风力作用在桨叶上具有一定的功角和速度，从而使得桨叶产生旋转力矩发生转动，实现风能和机械能之间的转换。之后，通过永磁同步发电机将这部分机械能转化为电能，发电机输出的电能还需要电力电子变化器才能够输入到接入的电力网络中，从而为电网提供清洁能源。
图1风力发电机组的整体结构示意图
1.2风力发电并网技术
（1）同步风力发电机组并网技术
同步发电机在运行过程中，在输出有功功率的同时，又可以提供无功功率，而且周波稳定，电能质量高，所以已经被电力系统广泛采用。怎么让这项技术和风力发电机并网技术实现完美融合就成为当今人们要研究的问题。在很多时候，由于风速不稳定，会导致在转子上的转矩极不稳定，并网时其调速性能将不能达到同步发电机所要求的精度，如果并网后不对其进行有效控制，特别是重载情况下，极可能会发生无功振荡与失步问题，所以，过去的许多年里国内外风力发电机组都很少会采用同步发电机。近些年来，伴随着电力电子技术的高速发展，已经可以通过技术在一定程度上避免这些问题，比如在同步发电机与电网之间采用变频装置就是有效的办法，人们又重新开始重视同步风力发电机组并网技术。
（2）异步风力发电机组并网技术
与同步风力发电机组并网技术相比，异步风力发电机在其运行过程中，由于是靠转差率来调整负荷的，所以对机组的调速精度要求不高，不需要同步设备和整步操作，只要转速接近同步转速的时候，就可以进行并网。风力发电机组配用异步发电机，最显著的优点就是这项技术的控制装置比较简单，并网后不会产生无振荡和失步问题，运行稳定可靠；但是异步风力发电机组并网技术运行过程中也有一些问题，比如直接并网就有可能导致大冲击电流，造成电压下降，影响到系统的安全运行；系统本身没有无功功率，需要进行无功补偿；过高的系统电压会使其磁路饱和，无功激磁电流大幅增加，定子电流过载，功率因数急剧下降；不稳定系统的频率过于上升，会因为同步转速的上升而导致异步发电机从发电状态变成电动状态，不稳定系统的频率下降，又会使异步发电机电流剧增而过载等，所以，必须要严格监督并采取措施来保证异步风力发电机组安全运行。
2风力发电并网对电能质量的影响
2.1引入谐波
风力发电并网往往会引入一系列的谐波，一般包括以下几种可能：第一，风力电源本身形成谐波源；第二，风力发电并网中应用到的逆变器产生谐波，这些原因都可能产生较多的谐波引入，从而影响整个电网的电能质量。此外，目前大部分风力发电机组通过软并网方式完成并网，在这个过程中，容易产生较大的冲击电流，当外界风速超出切出风速时，风机跳出额定处理状态，严重影响并入电网的供电质量。
2.2造成电压闪变和波动
风力能源是一种自然资源，在进行发电过程中容易造成电网电压闪变和波动。风力发电并网连接过程中，如果配电变压器十分接近连接位置时，风力发电的接入对整个电网造成的电压闪变影响较小；但是，当配电变压器远离连接位置时，馈线周围的电压将会产生较大幅度的波动，将会导致电力设备的损害，影响其正常工作状态。此外，风力发电的接入，引起电网电压的提升，尤其是目前风力发电应用较多的是异步电机，这种发电机在构建旋转磁场的时候无功功率会有所消耗，这些功率分布对整个电压有巨大的影响，在这些发电大规模的入网之后，就会将很大一部分无功功率消耗掉，这会让线路上面的压降提高。
3控制风电电能质量的策略
3.1抑制谐波
SVG，静止型动态无功补偿装置，采用可关断电力电子器件（IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或直接控制其交流侧电流，能迅速吸收或者发出所需的无功功率，实现快速动态调节无功的目的，是有源形补偿装置，既可以跟踪冲击型负载的冲击电流，也可以对谐波电流也进行跟踪补偿，实现滤除谐波的目的，从而提升电能质量。
3.2抑制电压波动与闪变
（1）有源电力滤波器。要想对电压闪变形成有效抑制，就必须在负荷电流发生波动时，及时补偿无功电流，从而在很大程度上补偿负荷电流：而且，有源电力滤波器中的电子器件是可以关断的，这样就可以通过电子控制器来实时替换系统电源，向负荷电压输出畸变电流，确保电力系统向负荷提供的电流为正弦基波电流。此外，该设备具有电压波动大、相应速度快、闪变补偿率高及容量小等特点，其控制能力较强，运行过程安全可靠，能够有效控制电压波动。
（2）动态电压恢复器。在电压偏低的配电网中，有功功率的快速波动也会导致电压闪变问题，在这种情况下，就要求补偿装置不仅要进行无功功率补偿，同时要提供瞬时有功功率补偿。这是由于如果补偿装置带储能单元，就能够及时有效的提升电能质量，因此以往的无功补偿装置无法达到这种要求，由带储能单元的补偿装置所替代。动态电压恢复器自带储能单元，可以在ms级内向系统注入电压，能够实时补偿负荷电压，有效解决电力系统中电压波动的问题。就目前来看，动态电压恢复器是解决电压波动，改善动态电压质量的最主流方法。
（3）统一电能质量控制器。要想实现电流和电压问题的统一补偿，就需要通过综合类补偿装置进行补偿，统一电能质量控制器就是一种能够结合串、并联的补偿装置，实现统一补偿。该补偿装置自带储能单元的串并联组合，能够解决电力系统中的综合补偿问题，如可以应用于配电系统中的谐波补偿，还可以有效改善电能质量。
4结论
通过先进的电力设备与电子技术进行风力发电机组控制，改善电能质量对于电力事业而言有着极为重要的意义，但在风力发电并网中仍存在很多技术上的普遍问题。文中通过介绍风力发电并网技术，进而提出改善电能质量的策略，希望能够对风力发电技术的普及和电力事业发展提供一定的理论参考。此外，很多问题如更加高效的利用风能、提高发电效率、提高功率因数及减小并网时的冲击电流与谐波等问题，仍需要我们进一步探讨。
参考文献：
[1]陈荣.直驱式风力发电技术及其发展[J].盐城工学院学报自然科学版，2010（2）：1～6.
[2]胡胜.双馈型风力发电机在电网故障和不平衡条件下控制技术研究[D].武汉：武汉华中科技大学，2012.
[3]吴斌.风力发电系统的功率变换与控制[M].北京：北京机械工业出版社，2012.
作者简介：
范长春（1982.4-），男，江苏扬中人：中国矿业大学（北京）机电学院，本科，电气工程师：单位：常州隆昌电力有限责任公司：研究应用方向：新能源发电及汽车充电桩。
论文作者:范长春
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/28
标签：电压论文; 电能论文; 风力发电论文; 电流论文; 谐波论文; 技术论文; 质量论文; 《电力设备》2017年第35期论文;