摘要：风电并网是必然趋势，是我国绿色可持续发展的根本保证。其中，关键点是如何降低风力发电具有的谐波、闪变现象，使其具有的反调峰特性降低。而最终的指向都是智能电网建设，因为其从微观上可以确保风电并网更加顺利，宏观上可以实现全国电网联网缓解窝电，使风电电能迅速支援缺电地区，从而增加了节能发电价值和效率。基于此，本文主要探讨了风力发电并网技术及电能质量控制措施。
关键词：风力发电；并网技术；电能质量控制
引言
面对当前能源紧缺、环境污染严重的局面，风电建设步伐逐渐加快，电网中风电场容量的比例将会越来越大，这将会给电网的稳定运行带来很大的影响。因此，研究风电并网新技术，合理控制风电并网带来的一系列不稳定因素是当前及未来面临的主要问题。开展大容量风电系统研究，对于推动风电产业可持续发展、适应国家能源结构调整需求具有重要意义。
1、风电新能源的特点
1.1 风能具有不稳定性
风能是一种间断性能源，风速和风向随季节和气候的变化而发生变化，致使风能具有随机性和间歇性，这些不稳定的特点决定了风力发电机很难调控出力大小的均匀度，因此，风电机组发出的电能也是波动的、随时变化的。
1.2 风能的密度稀疏，风能发电不方便大量储存
风力发电机的风轮尺寸只有做到足够大，才可以取得与其他发电设备相同的发电容量。风力发电系统储存电能的成本很高，远大于其发电的成本，因此，整个风电系统中几乎没有蓄电的能力，一般是通过调节收纳电量来完成输电，所以风能发电输出电量的大小是不均衡的，对并网的技术提出巨大挑战。
1.3 风电场分布位置偏远
我国风资源丰富的区域一般在沿海地区，居住人口稀少，距离用电负荷中心较远，加之当地电网架设结构薄弱，风电外送受到一定制约，急需加强电网建设，这使国家的电网建设及传输都面临考验。此外，风能的不可控性导致风能发电的电网具有不可调度性，这些不稳定因素造成的结果就是：风电场容量在整个电力系统中的占比是引起电网稳定性的决定因素，即占比越大，电网稳定性越差[1]。
2、2种风电并网技术的分析
2. 1 同步发电机组并网技术
因为同步发电机组转子带有磁极，节省了励磁电能，故发电效率更高。而且其工作中可以输出有源电力，可以向电网提供无功功率，从而使终端用电设备得以正常运转，等同于提高了电网的可靠性。但是，风能具有不可调控性，在我国一些地区，春秋季风量大，可以产生大量电能，风电并网会对电网形成强烈冲击，降低电力系统电压值，使发电机等形成磨损，降低设备的使用寿命。另外，这种并网技术因为风速的不可调控性，不同等级的风之间的转换使转子扭矩失去稳定，最终使电压频率、振幅和相位输出不能和电网系统电压保持一致。具体的解决办法是在风力发电厂和电网之间安装频率转换器[2]。
2. 2 异步发电机组并网技术
异步发电机组和同步发电机组相比，其因为风力涡轮机通过传输效率调整负载，故不需要精确的转速实现和系统电压匹配，只要和同步发电机组的转速基本一致即可。故此，其没有十分庞杂的控制设备，而且并网以后与同步发电机组相比，对电网系统冲击小，而且能够保持较为稳定的电压，会有效抑制震荡和步进。但是当人工操作时，可能会出现电压改变，从而使整个系统电压值发生改变。另外，其不能提供无功功率，会导致终端用电客户用电体验，造成电器设备损坏，因此，需要进行无功功率补偿[3]。
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3、电能质量控制措施
3.1 提高电能消纳水平
电网供电可靠性和电能消纳水平有直接关联。在现如今没有实现全国电网智能联网的情况下，若地方发电量超过用电量，会造成窝电现象，而窝电会阻碍风力发电并网，因为本身燃煤发电、燃气发电已经足够本地电能消费，自然无须风力发电，会导致风力发电设备搁置，造成社会资源浪费。提高电能消纳水平，应鼓励当地经济建设过程中提高电能利用水平，但是因为电能是有偿消费，价格影响之下会抑制消费能力，需要考虑当地的具体情况，再调整价格。这就需要市场机制充分地进入电力市场，实现灵活的消费机制，刺激当地电能消耗。只有如此，才能使当地风力发电融入电网中，提高洁能发电使用率，改善当地的环境水平。
3.2严格控制电压
实际工作中，电力调度人员必须遵守规定，合理控制电压，以保证电力系统的平稳运行。严格控制电压，可以选择安装电压表，以随时观察电压的数值变化，做到科学控制，保证电力系统的平稳运行。电力调度工作中，调度人员要基于实际情况科学调整电压，以保证电力系统数值的准确。因为一旦发生数据偏差，就会提高电力事故发生率。只有精准、可靠地数据才能保证电力系统的安全运行。此外，电力调度人员还可以通过对变压力的控制和调整，监控电压的变化。当系统电压和输出电压比值低于正常值时，运行效率会出现明显降低；当系统电压和输出电压比值过高时，稳定性会大大降低。因此，为保证电力系统平稳、安全的运行，一定要控制好变电站的电压比值[4]。
3.3 改善电网调峰能力
每个地区的用电水平不同，而且同一个地区的用电水平也会因为季节不同而发生差异，这需要电网具有灵活的调峰能力。而调峰机制中能否顺畅地接入风力发电机组缓解火电供给不足，成为现阶段阻碍风电并网的一个因素。纵观我国现阶段电网调峰能力，与德国等发达国家相比还有很大的距离。风力发电反调峰作用具体指的是其功率输出是不确定的，主要是受风力以及季节影响非常明显。所以，必须建立智能化系统对用电峰值进行动态监测，并结合风力发电具体参数，使风电和电网形成动态匹配，这才是确保风电并网供电质量可靠性的有效手段[5]。
3.4 推进电网智能化进程
风电并网后，会对电力系统形成冲击，或者说电网发生故障后，风力发电机组会向系统故障点提供短路电流。若在电网设计中不考虑风力发电机组影响，容易导致其作用于系统继电保护装置使其发生误动，从而影响电网稳定运行。另外，风力发电机组融入电网后，产生的谐波和闪变带来的负面影响也很显著。因此，在电网中融入智能化设备，可以使风电系统更稳健，是确保风电并网更加顺畅的关键。智能化电网建设已成为我国电力发展的必然之路，而且智能化电网建设对“窝电”具有很好的转移作用，从而可以使新疆和内蒙古等地区的风能电力转移到湖南等电力需求较大地区，如此间接促进不同地区经济的协同发展[6]。
结束语
风力发电是将风的势能转化为电能的发电形式，较燃煤发电更为绿色环保，应得到大力推广。但是，我国目前风力发电技术相较于德国等风力发电强国还有很大的差距，在风电并网方面会因为谐波而降低系统容量，并使设备加速老化，甚至影响发电安全。另外，还会产生并网闪变问题，导致终端用电设备发生异常甚至损坏电器。目前，只有解决谐波和闪变并网问题，同时，加强电网调峰能力、和智能电网建设并提高电能消纳水平，才能确保风力发电得到充分利用，发挥绿色能源的作用。
参考文献
[1]刍议风力发电并网技术及电能质量的提升[J]. 徐明. 绿色环保建材. 2017(09)
[2]风力发电并网技术及电能质量控制措施探讨[J]. 周利鹏. 科技创新导报. 2018(36)
[3]风力发电并网技术及电能质量控制对策分析[J]. 梁佳斌. 电工技术. 2018(12)
[4]风力发电并网技术及电能质量控制策略[J]. 林静,蒋雷. 通讯世界. 2018(05)
论文作者:张鲁,贺磊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：电网论文; 电能论文; 风电论文; 电压论文; 风力发电论文; 风能论文; 技术论文; 《电力设备》2019年第21期论文;