風力發電并網技術與電能質量控制措施
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【摘要】介紹了在環保及可持續發展背景下風力發電并網的必要性以及風電并網之后對電力系統的影響，并找到這些問題的致因，提出針對性解決方案。從電網電能消納、智能電網建設、電網調峰等角度為風力發電并網提供一些參考。
1引言
風力發電是將風的勢能轉化為電能的發電形式，較燃煤發電更為綠色環保，應得到大力推廣。但是，我國目前風力發電技術相較于德國等風力發電強國還有很大的差距，在風電并網方面會因為諧波而降低系統容量，并使設備加速老化，甚至影響發電安全。另外，還會產生并網閃變問題，導致終端用電設備發生異常甚至損壞電器。目前，只有解決諧波和閃變并網問題，同時，加強電網調峰能力、和智能電網建設并提高電能消納水平，才能確保風力發電得到充分利用，發揮綠色能源的作用。
2風電并網的必要性
傳統的發電是利用燃煤或燃氣燃燒使熱能轉化為動能，然后轉化為電能，會形成大量的氮氧化合物和碳氧化合物，對環境造成不利影響，而且處理發電帶來的二次污染費用十分高昂。而風力發電和太陽能、水能發電一樣，都屬于綠色自然能發電范疇，清潔無污染，對我國的綠色可持續發展具有促進作用。另外，我國風能資源豐富，具有風能發電的基礎優勢，而且近些年來風能發電量迅猛增加，為我國工業發展做出了積極貢獻。在我國的發展規劃中，2020年要實現20GW的風電發展目標。風力發電的一種形式是離網型，即自行成網，不接入電網系統，和水利發電相結合能解決偏遠地區的供電需求。但是，離網型風電形式沒有充分發揮出風電的巨大優勢，故此風電并網成為一種趨勢。因為除了環保優勢，風力發電占地少，建設工期短，而且最主要的是可以進一步實現智能化電網管理。再者，并網之后，風力發電廠可以獲得電網補償和支撐，從而進一步提高風能利用水平，以提高潔凈能的利用價值。
32種風電并網技術的分析
3.1同步發電機組并網技術
因為同步發電機組轉子帶有磁極，節省了勵磁電能，故發電效率更高。而且其工作中可以輸出有源電力，可以向電網提供無功功率，從而使終端用電設備得以正常運轉，等同于提高了電網的可靠性。但是，風能具有不可調控性，在我國一些地區，春秋季風量大，可以產生大量電能，風電并網會對電網形成強烈沖擊，降低電力系統電壓值，使發電機等形成磨損，降低設備的使用壽命。另外，這種并網技術因為風速的不可調控性，不同等級的風之間的轉換使轉子扭矩失去穩定，最終使電壓頻率、振幅和相位輸出不能和電網系統電壓保持一致。具體的解決辦法是在風力發電廠和電網之間安裝頻率轉換器[1]。
3.2異步發電機組并網技術
異步發電機組和同步發電機組相比，其因為風力渦輪機通過傳輸效率調整負載，故不需要精確的轉速實現和系統電壓匹配，只要和同步發電機組的轉速基本一致即可。故此，其沒有十分龐雜的控制設備，而且并網以后與同步發電機組相比，對電網系統沖擊小，而且能夠保持較為穩定的電壓，會有效抑制震蕩和步進。但是當人工操作時，可能會出現電壓改變，從而使整個系統電壓值發生改變。另外，其不能提供無功功率，會導致終端用電客戶用電體驗，造成電器設備損壞，因此，需要進行無功功率補償。
4風電并網供電可靠性影響因素以及解決方案
4.1諧波影響
風力發電的諧波主要是因為風速不穩定引起電壓變動而形成，電壓時高時低必然會對整個電網形成壓力，導致電網老化，增加電網供電不可靠性。要緩解諧波，可利用諧波濾波器予以處理，或者在系統中加入靜止無功功率補償設備，其根據風力發電機組電力電壓形成有效調節，從而確保電網的可靠性。
4.2閃變影響
閃變帶來的危害是導致終端用電設備運轉異常，使人們對發電工作存在異議。發電機組電壓波動是其產生的根本原因，故此，可以將動態電壓恢復設備植入發電系統中，其可以補償無功功率，也能補償有功功率，而且該設備本身可以儲藏電能，故此可以保證電網整體供電的可靠性?？偠灾?，對于諧波和閃變，需要管理人員能夠綜合利用系統中的補償設備、電能質量控制設備，實現儲能單元串聯組合和并聯組合，使整個供電系統得到諧波補償確保整個電網可靠性。
5其他建議
5.1提高電能消納水平
電網供電可靠性和電能消納水平有直接關聯。在現如今沒有實現全國電網智能聯網的情況下，若地方發電量超過用電量，會造成窩電現象，而窩電會阻礙風力發電并網，因為本身燃煤發電、燃氣發電已經足夠本地電能消費，自然無須風力發電，會導致風力發電設備擱置，造成社會資源浪費。提高電能消納水平，應鼓勵當地經濟建設過程中提高電能利用水平，但是因為電能是有償消費，價格影響之下會抑制消費能力，需要考慮當地的具體情況，再調整價格。這就需要市場機制充分地進入電力市場，實現靈活的消費機制，刺激當地電能消耗。只有如此，才能使當地風力發電融入電網中，提高潔能發電使用率，改善當地的環境水平[2]。
5.2改善電網調峰能力
每個地區的用電水平不同，而且同一個地區的用電水平也會因為季節不同而發生差異，這需要電網具有靈活的調峰能力。而調峰機制中能否順暢地接入風力發電機組緩解火電供給不足，成為現階段阻礙風電并網的一個因素?？v觀我國現階段電網調峰能力，與德國等發達國家相比還有很大的距離。風力發電反調峰作用具體指的是其功率輸出是不確定的，主要是受風力以及季節影響非常明顯。所以，必須建立智能化系統對用電峰值進行動態監測，并結合風力發電具體參數，使風電和電網形成動態匹配，這才是確保風電并網供電質量可靠性的有效手段。
5.3推進電網智能化進程
風電并網后，會對電力系統形成沖擊，或者說電網發生故障后，風力發電機組會向系統故障點提供短路電流。若在電網設計中不考慮風力發電機組影響，容易導致其作用于系統繼電保護裝置使其發生誤動，從而影響電網穩定運行。另外，風力發電機組融入電網后，產生的諧波和閃變帶來的負面影響也很顯著。因此，在電網中融入智能化設備，可以使風電系統更穩健，是確保風電并網更加順暢的關鍵。智能化電網建設已成為我國電力發展的必然之路，而且智能化電網建設對“窩電”具有很好的轉移作用，從而可以使新疆和內蒙古等地區的風能電力轉移到湖南等電力需求較大地區，如此間接促進不同地區經濟的協同發展。
6結語
風電并網是必然趨勢，是我國綠色可持續發展的根本保證。其中，關鍵點是如何降低風力發電具有的諧波、閃變現象，使其具有的反調峰特性降低。而最終的指向都是智能電網建設，因為其從微觀上可以確保風電并網更加順利，宏觀上可以實現全國電網聯網緩解窩電，使風電電能迅速支援缺電地區，從而增加了潔能發電價值和效率。
【參考文獻】
【1】辛博然.風力發電并網技術及電能質量控制措施[J].電子技術與軟件工程,2019(11):228.
【2】崔楊,李梓鋒,劉洋,等.基于可消納域的高滲透風電并網調度容量研究[J].電網技術,2019,43(2):154-160.
作者:張玉林 單位:中國水電建設集團錫林郭勒風電開發有限公司
