(国网黄冈供电公司经济技术研究所 湖北黄冈 438000)
摘要：风力发电具有装机容量增长空间大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等优势。风力发电在为经济增长提供稳定电力供应的同时，可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题。在各类新能源开发中，风力发电是技术相对成熟，并具有大规模开发和商业开发条件的发电方式。当代的电力电子技术成为风力发电系统中不可或缺的重要组成部分，无论对于风电机组的控制、电能的转换还是电能质量的改善都起到关键作用。本文对风力发电相关技术进行概述讨论。
关键词：风力发电；控制；电力电子；能源
0 引言
风力发电之所以在全世界获得快速发展，除了能源需求增加，环保压力加大外，还因为风力发电本身具有独特的优点。风能不会造成任何污染，成本低，取用不尽并且是可以再生使用的能源，是最有潜力的新能源。风力发电技术可以灵活应用，既可以并网运行，也可以离网独立运行，还可以与其它能源技术组成互补发电系统。风电场运营模式可以为国家电网补充电力，小型风电机组可以为边远地区提供生产、生活用电。
1风力发电机系统
保持发电机输出频率恒定的方法有两种:(1)恒速恒频,采取失速调节或者主动失速调节的风力机,以恒速运行时,主要采用异步感应发电机。(2)变速恒频,采用电力电子变频器将发电机发出的频率变化的电能转化成频率恒定的电能。恒速风力发电机系统具有一定的缺点，这种风电机组在正常运行时无法对电压进行控，不利于电网故障时系统电压的恢复和系统稳定。恒速恒频风力发电系统所发出的电能也是随风速波动而敏感波动，电能质量受到极大影响。所以一般倾向于使用变速恒频风力发电机系统。两种变速恒频发电系统主要又分为同步风力发电机系统和异步风力发电机系统。
2变速恒频风力发电系统
变速恒频发电是一种新型的发电技术,非常适用于风力、水力等绿色能源开发领域,尤其是在风力发电方面, 它适应了风能的随机、不稳定的特性，根据风速调节转速从而最大的输出能量，实现和电网的柔性连接，提高机组的风能转化效率，减少风力机的应力和磨损，优化了机组运行条件。变速恒频体现出了显著的优越性。其主要特点有：(1)由于采用电力电子变频器，变速恒频风电机组结构相对较复杂(2)变速恒频发电可以在异步发电机的转子侧施加三相低频电流实现交流励磁,控制励磁电流，实现输出电能的恒频恒压。(3) 通过对最大功率点的跟踪，使风力发电机组在可发电风速下均可获得最佳的功率输出，提高了发电效率(4)采用变速恒频发电技术,可使发电机组与电网系统之间实现良好的柔性连接,比传统的恒频发电系统更易实现并网操作及运行。变速恒频发电风力发电系统变速恒频系统主要又分为同步风力发电机系统和异步风力发电机系统。变速恒频又有多种形式如变流励磁发电系统、无刷双馈电机系统、开关磁阻电机系统、磁场调制发电系统、同步异步变速恒频发电系统。这些变速恒频发电系统有的是通过改造发电机本身结构而实现变速恒频的,有的则是发电机与电力电子装置、微机系统相结合而实现变速恒频的,各有各的特点,适用场合也不一样。
3 风力发电常用的并网方式
2.1直接并网方式
风力发电的直接并网方式要求发电机与电网相序完全相同，当异步发电机的转速达到同步发电机转速的90%以上，则可以实现自动并网。由测速设备输出风力发电自动并网的信号，当空气开关合闸时即可完成并网。
3.2准同期并网方式
当风力发电采用准同期并网方式，且其转速与同步转速接近时，需要利用电容实现额定电压的建立，同时对发电机的频率和电压进行校正，保证与系统同步。当风力发电机与电网的频率、幅值和相位相同时，则实现风力发电并网运行
3.3降压并网方式
风力发电的降压并网方式需要在发电机与电网之间串联电阻、变压器、电抗器，由此降低并网运行时对电流的冲击，减小电网电压下降的速度。当风力发电机运行平稳时，需要将串联的电阻等元件清除以免消耗系统功率。
3.4双馈异步发电机组并网技术
当需要实现双馈异步发电机组并网时，双馈异步电机的转子利用变频器输出交流励磁，使发电机与电网之间构成连接，根据电网电流、电压、发电机转速来调节励磁电流，以保证对发电机电压的准确控制，从而实现并网。并网过程中的调节作用均由转子变频器负责，不需要另外添加任何装置。
3.5同步发电机的并网技术
由于双馈异步发电机组并网方式会带来滞后功率因数，需要后期进行功率补偿，因此，采用同步发电机的并网技术则可以对励磁电流进行控制，由此来调节其功率因数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而且，如果想提高转矩，异步发电机只能依靠增加转差率的方式，只要加大同步发电机的功角就可以拓宽调整范围，提高抗转矩扰动的能力。由此，同步发电机的并网技术的应用日益广泛，主要包括准同步并网、自同步并网和变频器并网三种方式。
4我国风力发电技术存在的问题
目前，中国风电装机容量居世界之首。但是，中国风能产业也面临着许多问题。其中包括并网问题和风电设备质量问题有待解决。随着风能大规模的开发和并网，风电功率的波动性和随机性对电网的冲击逐步显现出来。风电不像火电，水电，风电时有时无，并不是很稳定，风电占总电网不能大于5%，如果超过5%，就会干扰电网质量。我国风能资源丰富的地区主要分布在“三北”（西北、东北、华北）地区和东南沿海。目前在“三北”规划了6个千万千瓦风电基地，但这些地方又是电网最弱的地区，因此我国风力发电将面临着电网不堪重负的问题。这对我们来说是一个急迫解决的问题，在欧洲几个风电大国都没有这样大的风电场，这些国家风电场规模都较小，都是分散入网，就地消纳，并且欧洲几个国家的电网是联网的，电网很强，风力发电很容易被消纳，所以在这个问题上我们没有经验可借鉴。再者我国尚未完全掌握风电机组的核心设计及制造技术。在设计技术方面，我国不仅每年需支付大量的专利、生产许可及技术咨询费用，在一些具有自主研发能力的风电企业中，其设计所需的应用软件、数据库和源代码都需要从国外购买。最后我国的电网智能化还不健全，风力发电机组控制系统滞后，与发达国家有一定差距。总体上,我国的风力发电目前仍处于起步阶段。
5风力发电对系统的影响
5.1整个系统的暂态稳定性的影响
首先，暂态稳定性是指：电力系统的暂态稳定性是指如果在遭受大的扰动后(如三相短路等大扰动)达到允许的稳定情况，电力系统对该特定运行情况或对该特定扰动为暂态稳定。风电机组并网后对于系统暂态稳定性的影响是源于主网网络的强度——如果主网网络足够强，那么在风电机组遭受重大扰动之后，排除故障之后能恢复机端电压从而使整个系统继
续正常运作，那么如果主网不够强，那么在风电机组恢复正常之后并不能重新建立机端电压，那么风电机组超负荷运转就会对电网的暂态稳定性造成破坏。
5.2 系统频率的稳定性的影响
系统频率稳定性可定义为：电力系统工作在初始频率下受扰动作用，扰动消失后，经过足够长的时间，能以一定的精确度回到初始频率状态，则系统频率是稳定的否则就是不稳定的。而风电的不稳定性正是对系统频率的一个巨大的挑战，风速的变化会对系统的频率产生重大的影响，极端的时候能造成系统失稳的重大后果，而且风电从无风到有风时候的变化，
等等都会对电网的频率产生一定的影响，风电场容量小尚且好说，因为主网能吸收到这一部分波动，但随着社会进步发展，风电的比重逐年增加，风电的不稳定性对主网频率所造成的影响就更加的明显，所以，要做好在没有风电的时候电网的频率最低不能低于允许数值，而且要提高电网中的备用容量，优化调控运行方法。要避免这一影响就要加强风电场和主网的联系，将主电网建设的更加牢固以便应对这类情况。
5.3对系统调峰的影响
有相关法律明文规定，对风力发电所发功率电力公司需要全收，但问题在于风力发电的不稳定性，和功率的难以预测性，风力发电还不能和火电，水电，核电一样成为计划发电单位，并且风力发电会有时间上的变化，日多夜少或夜多日少都是有可能的，这也一方面加大了电网的负荷的峰谷差值，让电力调度部门的调峰有了更大的困难。
6总结
风力发电技术是一门新兴的多学科的综合性高技术系统工程。根据中国“十二五”能源发展产业规划，风电将作为我国今后大力重点发展新能源之一。能源和环保的要求促进了可再生能源的发展目前风力发电成为除水力发电以外最成熟、发展最快的发电技术,随着我国发电事业的不断发展,百兆瓦级的风电场将会越来越多,这种大型风电场并网运行将会给系统稳定运行造成较大的影响,导致局部电网电压水平下降,成为制约风电场发展的重要因素。合理有效地开发和利用风能资源对缓解中国能源紧缺、改善生态环境，解决能源枯竭问题和扩大社会效益等方面将做出较大的贡献。
参考文献:
[1]赵仁德,贺益康。变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源研究[J ].电工技术学报, 2004(6): 126
[2]陈帆.规模化风电接入对电网安全稳定运行的影响和分析.2013
[3]孙涛,王伟胜,戴慧珠,杨以涵.风力发电引起的电压波动和闪变[J].电网技术,2003(12).
[4]杨彬彬,李扬,范见修,郑亚先.风力发电对电力系统运行的影响[M].北京:中国电力出版社.2005.
[5] 张向红，王学忠.浅谈风力发电.内蒙古科技与经济，2011年，第20期
论文作者:孙彬,周佳蕾
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/22
标签：电网论文; 风力发电论文; 系统论文; 风电论文; 发电机论文; 机组论文; 频率论文; 《电力设备》2017年第28期论文;