摘要：介绍了包括同步风力发电机组并网技术和异步风力发电机组并网技术的风力发电并网技术，并分析了风力发电并网技术带来的电能质量问题的控制策略，指出加强电力电子装置在风力发电并网和电能质量控制方面的应用是今后风电并网的研究方向之一。
关键词：风力发电；并网技术；电能质量控制
风力发电是一种清洁环保的可再生能源。随着风力发电场容量逐渐变大，对整个电网系统的影响也越来越大。因为风力发电场一般处在人口稀少的偏远地区，不是供电网络的中心，一般承受冲击的能力不强，所以，风电有可能会给配电网带来谐波污染、电压波动及闪变等问题，风电的随机性也会给发电和运行计划的制定带来许多阻碍，研究风力发电并网技术也成为了广泛关注的课题。本文介绍了风力发电并网技术和风力发电并网及运行试验，讨论分析了风力发电并网对电能质量的影响，并介绍了控制电能质量的方法。
1 风力发电并网技术
风力发电并网技术要求发电机输出的电压在幅值、频率以及相位上和电网系统的电压要完全相同。随着风力发电机组容量的逐渐加大，风电在并网时对于电网的冲击也越来越大。当并网冲击十分严重的时候，不但会引起电力系统电压下降，还会对发电机和机械部件（塔架、桨叶、齿轮箱等）造成一定的损坏。如果并网冲击时间持续过长，可能会出现系统瓦解或者威胁到其他挂网机组的正常运行，所以，必须要选择合理的并网技术。
1．1 异步风力发电机组并网技术
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，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。
1．2 双馈异步发电机的并网技术
双馈异步发电机定子与电网连接，转子采用IGBT变频器及PWM控制技术的交流励磁，实现变速运行的风力发电机组恒频恒压输出。其并网方法为双馈发电机定子三相绕组直接与电网相联,转子绕组经交—交循环变流器联入电网。这种系统并网运行的特点是风力机启动后带动发电机至接近同步转速时，由循环变流器控制进行电压匹配、同步和相位控制，以便迅速地并入电网，并网时基本上无电流冲击。双馈发电机励磁可调量有励磁电流的频率、幅值和相位，可达到调节输出有功功率和无功功率的目的。
1．3 永磁同步风力发电机组并网技术
由叶轮驱动永磁同步发电机经变频装置与电网并联，这种系统并联运行的特点是采用频率变换装置进行输出控制，因此并网时没有电流冲击，对系统几乎没有影响。采用交-直-交转换方式，同步发电机组工作频率与电网频率是彼此独立的，风轮及发电机的转速可以变化，不必担心发生同步发电机直接并网运行可能出现的失步问题。由于频率变换装置采用静态自励式逆变，虽然可以调节无功功率，但是有高频电流流向器电网。
2 风电并网对电能质量的影响
随着风电机组并网运行的规模扩大，风力发电对电网电能质量的影响也越来越大，其中自然有一些负面影响，最常见的便是电压波动和闪变。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆风力资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率不稳定，会影响电网的电能质量。当风速超过切出风速时，风机会从额定出力状态下自动退出运行。加入整个风电场的风机同时工作，那这种情况下的冲击必然会对配电网造成重大的影响。而且，风速的变化和风机的塔影效应都会导致风机出力的波动，而其波动正好处在能够产生电压闪变的频率范围之内（低于２５Ｈｚ），所以，风机在正常运行的时候也可能会给电网带来闪变问题。现在的风力发电机组大多是采用变频调节方式，可能带来谐波问题，势必造成谐波电流注入电网。谐波会对电力网带来一定危害，如增加了电力网中发生谐振的可能；增加电气设备附加损耗；加速绝缘老化，缩短使用寿命；继电保护、自动装置不能正常动作；不能正确计量仪表；干扰通信系统。
3 电能质量控制策略分析
3.1 电压波动和闪变的抑制
3.1.1 动态无功补偿器（SVG）。SVG的高响应速度能够对变化的电压进行实时跟踪，对于风速不稳定引起的电压变化能够进行有效的大幅度调节，从而减小电压波动量能有效抑制电压闪变，提高电网的电能质量。
3.1.2 超导储能装置（SMES）。在风电场送出线路侧安装SMES装置，充分利用SMES有功无功综合调节能力降低风电场输出功率波动，稳定电压。与SVG相比其无功补偿量对接入点电压依赖程度小，在低电压时的补偿效果更好。SMES代表了柔性交流电系统的新技术方向，将SMES应用于风力发电可以实现对电压和频率的同时控制。
3.1.3 提高风力的可预测性。并网后的电压波动问题是风力的间歇性引起输出功率的波动而造成的。因此通过预测风电场出力的变化,提高风力发电的可预见性，可以改善电压质量问题。
3.2 谐波抑制
3.2.1 有源电力滤波器。负荷电流变化是能够在一定程度上对负荷电流进行实时补偿。同时，由于有源电力滤波器采用的是可关断的电子器件，能够利用电子控制器替代系统电源，向电压负荷输出畸变电流，以此确保系统仅仅向负荷提供正弦的基波电流，能够在一定程度上稳定电压和改善功率因数
3.2.2 采用多脉冲整流电路。实验表明:脉冲数越高,谐波含有率越低。交流励磁双馈异步发电机采用高脉冲变流器，配合PWM和定子磁链定向矢量控制的准同期并网控制技术保持发电机定子侧输出功率的功率因素为恒定值。可有效改善功率因素抑制谐波。
4 结语
先进的电力电子技术对于风电机组的控制，以及电能质量的改善都可以在一定程度上起到十分重要的作用，但是在风力发电并网技术中还存在着一些困扰着风力发电发展普及的问题。本文对风力发电并网技术及其电能质量控制策略进行的研究和探讨，能够对风力发电技术的进步和普及起到一定的促进作用，有些问题的解决还需要进一步的研究探讨。如何更加高效地利用风能，提高风力发电效率，减小风电并网时的冲击和谐波，提高功率因数等，可通过将电力电子技术和现代控制技术结合解决。
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论文作者:谷晓君
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/27
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