摘要：风能是一种清洁可再生能源，在我国电力事业中的地位日益提高，因此，风力发电并网成为新能源发电重要的发展趋势之一。为提高风力能源的利用效率，必须要采取有效措施，提升风力发电并网技术水平，加强电能质量的有效控制。本文对风力发电及其并网进行进行了分析，并探讨了风力发电并网的电能质量影响及控制措施。
关键词：风力发电；并网；电能质量；控制措施
随着电力电子技术的发展和现代控制技术的发展，人们对其变流电路和整机控制系统的改进提出了很多方法，将神经网络理论、变结构控制与鲁棒控制、模糊控制理论及自适应PID控制等各种各样的智能控制理论引入到了风电机组的控制系统中，从而大大促进了机组性能优化。风能并网发电系统中需要解决的控制问题主要有直流侧电压的稳定控制和并网逆变器的并网控制以及孤岛效应的防护等。国内的相关科研院所在风力发电并网系统的控制策略及其硬件实现方面的研究已取得了不少成果，但自主研制的风力发电并网系统存在系统运行不稳定、可靠性低和保护措施不全等缺点。因此，本文在对风力并网发电研究的基础上，对系统各部分所采用的控制策略进行对比，采用同步PI控制实现最大功率点跟踪（MPPT），并提出了一种新型的三角波比较方式下的电流跟踪法，优化可开关频率和电网电压畸变，从而达到较好的并网控制及直流侧的稳定控制。在孤岛保护方面，采用主动电流干扰法能实现孤岛效应的无盲区检测。
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力机、永磁同步发电机、功率变换器、测量与控制系统等几大部分。风力发电的基本原理是：风力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并联的电力网络中，从而为主电力系统提供辅助电能。
1.2风力发电并网技术
将风力发电系统并入到电网系统中，常见的方式包括以下两种：
1.2.1同步风力发电机组并网技术
风力发电并网技术的选用极为重要，该技术需要发电机所输出的电压频率、幅值及相位方面都同电网系统的电压保持一致。若风力发电机机组整体容量不断上升，风力发电在并网过程中针对电网所产生的冲击力也会相应增加。若并网冲击力过大，不仅会使得电力系统的电压值有所下降，同时也会导致发电机、塔架以及机械部分形成一定的磨损。若是并网冲击时间过长，甚至会导致系统被瓦解，其他挂网机组的运行也会受到不同程度的影响。故而，企业应选用合适的并网技术。
同步发电机在实际工作时，不仅能够输出有功功率，同时也可形成无功功率，确保周波稳定，所形成的电能质量较高，故而被大部分企业应用于电力系统当中。然而在实际应用过程中，由于风速难以控制，使得转子的转矩难以保持稳定运行，并网过程中，转矩调速性能难以符合同步发电机所需要的精度，若实现并网之后，工作人员未对其进行控制，尤其处于重载状态下，则有几率出现无功振荡或是失步等问题。这也成为阻碍同步风力发电机组并网技术应用的主要障碍。如今，电力电子技术日趋完善，部分企业可借助技术以避免上述问题的产生，如将变频装置安设于电机与电网之中。
1.2.2 异步风力发电机组并网技术
相比同步风力发电机组并网技术，异步风力发电在实际工作当中，并不需要机组调速具有较高的精度，也无需与设备保持同步或是整步操作，只需转速与同步转速基本相同，便可实施并网。因为异步风力发电机只需依靠转差率，便能完成对负荷的调节。风力发电机组搭配异步发电机使用的最大优势在于该搭配无需复杂的控制装置。实现并网之后，也不会形成无振荡或是失步等问题，运行较为稳定，可靠性强。然而，该技术同样存在一定缺陷：第一，如工作人员直接进行并网操作，容易形成大冲击电流，进而令电压逐渐下降，对系统的稳定运行造成不利影响。第二，系统自身无法形成无功功率，因此需要工作人员补偿一定无功功率。第三，不稳定系统频率值超过上限，使得同步转速也相应加快，进而导致异步发电机自发电状态转化为电动状态。倘若不稳定系统频率值下降，也会令异步发电机电流大幅增加，从而形成过载现象。因此，若企业选用异步风力发电机组并网技术，需有工作人员采取一定措施确保异步风力发电机组处于稳定运行的状态。
2风力发电并网对电能质量的影响
2.1引入谐波
随着风力发电机组运行规模的不断增大，其对整个电网的电能质量产生的影响也不断增加。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆风力发电并网往往会引入一系列的谐波，风力电源本身会形成谐波源，风力发电并网中应用到的逆变器也会产生谐波，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。同时，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，严重影响并入电网的供电质量。
2.2造成电压闪变和波动
除了谐波能影响风力发电电能质量之外，电压闪变和波动也是影响电能质量的一种重要问题。风力发电并网连接过程中，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，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。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。
3风力发电并网电能质量控制策略
3.1有效抑制谐波
风力发电并网中可以利用静止无功补偿器对谐波危害进行抑制，对电能质量进行控制，例如，在系统中添加静止无功补偿器、电抗器、可投切电容器等静止无功补偿器。静止无功补偿器的应用优势在于响应速度较快，能够实时跟踪并网后的无功功率变化情况，对风速不稳定所导致的电压起伏现象进行大幅度调节，从而有效消除谐波，使风力发电机组运行状况不影响电网电能质量，保障电网的稳定运行。
3.2抑制电压波动以及闪变
第一，将有源电力滤波设备添加于系统当中。实际工作当中，工作人员若要避免电压发生闪变现象。便需要在发生负荷电流出现剧烈波动时，及时补偿由于负荷变化所形成的无功电流，令其可以及时补偿负荷电流。不仅如此，因为有源电力滤波设备所使用的电子零件为可关断电子设备，所以，工作人员可以使用电子控制设备替换系统电源，并将畸变电流传输至电压负荷，借此确保系统将正弦基波电流只提供给负荷。有源电力滤波设备具备如下优点：其一，反应速度快，能够在短时间内响应。其二，所形成的电压波动范围大。其三，具有较高的闪变补偿率。其四，设备可靠性强，能够稳定运行。
第二，将动态电压恢复设备添加于系统当中。若配电网属于中低压类型配电网，则有功功率在高速波动过程中，同样会发生电压闪变的问题。此时，需要补偿装置的性能更为优秀，不仅需要补偿装置提供无功功率的补偿，还需要其补偿一定数值的有功功率。由于补偿设备自身带有储能单元，所以可以有效提高电能整体质量。故而，大部分企业开始利用带有储能单元的补偿设备替代原有无功补偿设备。动态电压恢复设备自带储能单元，可于一定范围内按常规电压同故障电压之间的差额，将电压输入系统当中。该类型补偿方法能够及时避免系统形成电压波动，使得客户可以正常使用电能。就目前而言，于系统当中添加动态电压恢复设备是解决谐波以及电压波动等电能质量问题最为有效的方式。除此以外，工作人员还需对电能质量控制设备与其余补偿设备进行统一。若要使统一补偿得以实现，需在系统当中添加综合类补偿设备。工作人员可将电能质量控制设备进行统一，并将其串联补偿设备与并联补偿设备有机结合。如此一来，补偿设备当中既包含有储能单元的串联组合，也包含有储能单元的并联组合，不仅可以将其添加于配电系统当中，使其发挥补偿谐波的作用，同时也可以有效提高电能质量。
结束语
总而言之，随着电气时代的不断发展，电力能源需求只会越来越大，传统发电技术已经远远无法满足这种需求。风能是洁净的可再生可持续发展的绿色能源，采用风力发电是受到大力倡导支持的，因此在我国的电力行业中占据的比例也越来越高。但是风力发电目前存在的一些欠缺之处影响了其普及速度，还需要继续发展与完善。相信在不远的未来，风力发电并网技术必将能攻克一切技术难关，成为发电事业的引领者和主力军。
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作者简介：
张墨，身份证号15272219900128xxxx
论文作者:张墨
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：电能论文; 风力发电论文; 电压论文; 系统论文; 谐波论文; 技术论文; 电网论文; 《电力设备》2019年第1期论文;