摘要：本文对风电并网后对电网电能质量的影响进行了分析，并针对电压波动和谐波电压提出了抑制策略。
关键词：风电并网；电能质量；电压波动；谐波电压
引言
通过阅读大量国内外专家学者关于风力发电电能质量方面的研究成果，发现风电对电能质量的危害主要有四方面：电压偏差、电压波动、谐波电压、三相电压不平衡。下面主要对电压波动和谐波电压的危害进行分析。
1电压波动的危害
（1）电压波动概念及计算
如果在电力系统中接入了具有波动特性的用电设备，那么在该设备的接入点处的电压值就存在着波动现象。通过研究国内外学者的文献报告，一般用最高运行电压与最低运行电压的均方根之差来表征电压波动的程度，与系统标准电压之比，取百分比数值，如式（1-1）所示。
（1-1）
式中，Umax、Umin为电压均方根值线上的相邻两个极值（V）；UN为系统的标称电压（V）。
（2）风电并网产生电压波动的原因
风机组在运作的过程中容易受到风速和湍流强度的影响，就这会使得风组机输出功率发生波动，从而风组机与电网之间的交换功率也发生波动；同时还存在许多因素造成风力发电设备出力波动，最终引起风力发电机并网后的电压波动。
由于风力发电机的动力直接来源于自然界中的风力，机组连续运行过程中，会随着风力的波动而产生不同的输出功率。风力越大、持续时间越长，风力发电机组输出的功率越大、越稳定，而风力波动越大、风力越小，风力发电机组输出的功率波动性也就越大。因此，风力发电机电压波动与自然界风力波动成正比，并网后会造成持续性的电压波动，并且风电机组在其切换过程中亦会导致电压波动现象发生。
而且风力发电机组接入不同结构的供电系统时会产生大小不一的电压波动。对风力发电机组接入电网时导致电压波动的重要因素是风力发电机组连接点的短路容量比和电网线路的电源阻抗电感和电阻比。
（3）电压波动的危害
在日常生活中，电压波动对一些精密仪器企业的生产具有较大的影响，甚至会使得企业遭受损失。而且，电压波动的现象还会造成一些精密用电设备产生不良运行特性。电压波动不仅对用电设备造成损坏，同时也对发电机组设备造成一定的损坏；另外，电压波动也会对发电设备中的控制系统、计算机等设备的正常运行带来严重影响。因此，电力系统中对各级运行电压的波动有其相应的规定，必须保证系统的运行电压在合理的范围之内。
2谐波电压问题
（1）电压谐波畸变率概念及计算
在运电网中的电压与电流往往是多种频率的正弦波叠加而成，将电网的电压以及电流波形进行傅里叶分析处理，得到电压、电流波形中的基波和整数倍于工频的高次谐波分量。电压总谐波的畸变率由式1-2进行计算。
（1-2）
式中，U1为电压的基波分量的方均根值；Uh为h次高次谐波电压分量的方均根值；n为经过傅里叶分解处理所得到的谐波最高次。
（2）风电并网谐波存在的原因分析
根据电磁特性进行分析，风力发电机自身存在一定含量的谐波。在正常运行情况下，风力发电机本身也会产生一些谐波，但这个谐波分量很小，与其他因素产生的谐波分量相比，可以忽略不计。通过分析，风电机组产生谐波分量的真正原因在于风电机组内部的电力电子器件，在这些器件工作过工中产生的非线性负载导致电压波形的畸运。对定速风力发电机组而言，其装置中没有电力电子器件，因上不会产生谐波分量。如果风力发电机组在进行并网操作的过程中某些电气设备可能会激活启动进入到运行状态，则就可能导致电流谐波的存在，不过这样的谐波是暂态的，持续时间较短，因此可以忽略不计。
双馈式异步风力发电机组定子绕组和交流电网相连，电网侧使用逆运器，使直流逆运成交流；双馈式异步风力发电机并网后，定子始终馈出电功率；转子绕组和功率运换器相连，转子绕组则在一定的转速差下输出有功功率与无功功率。变速风电机组并网后，发电系统中的变流器一直在工作状态下，因此将持续地输出谐波电流，所以必须对谐波电流的负面影响加以重视。
（3）电流谐波的负面影响
在控制以及处理功率的过工中，电力系统中的电力电子设备时会由于电磁特性的作用受到非正弦波的干扰。当在电力系统注入谐波时，注入点的电压就会发生变形，进而对电力电子系统造成较强的电磁干扰。影响整个系统的稳定性，同时也给周边电气环境造成严重污染。
谐波的影响作用很强大，其涉及范围主要包括两大方面，一是对电力系统本身的正常运行造成了干扰，使一些对频率敏感的电力设备出现异常情况，导致其寿命减少、损耗增加；比如使发电机额外地增加了负载，导致效率低下；再如对继电保护设备的动作特性产生影响，可能导致误动；使通信线路产生干扰；造成电缆的老化加速，电缆随着时间推移，容量不断下降。风力发电电机等设备会存在过多的损耗，并且存在严重的发热现象，会致使风力发电电机的寿命不断下降。
3电能质量控制策略分析
3.1电压波动的抑制
（1）有源电力滤波器
要对电压闪变进行抑制，需在负荷电流发生急剧波动时，对负荷变化发生的无功电流进行实时补偿。现阶段，一般是采用有源滤波器，主要是由电力晶体管和可关断晶闸管构成，在一定程度上对负荷电流进行实时补偿，同时由于该滤波器采用的是可关断的电子器件，能利用电子控制器替代系统电源，并且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即可。
有源电力滤波器具有响应速度快、电压波动大、内变补偿率高以及补偿容量小的特点，而且运行稳定可靠，控制能力强，在一定程度上实现了控制电压波动和稳定电压的作用。
（2）动态电压恢复器
中低压配电网中，有功功率进行快速波动也会造成电压内变的情况，这时就对补偿装置提出更高的要求，除了进行无功功率补偿之外，还要能够提供瞬时有功功率补偿。所以带储能单元的补偿装置取代了传统的无功补偿装置，有效地改善电能质量。动态电压恢复器自身就带有储能单元，能够在ms级内以正常电压和故障电压的差值，向系统注入电压，可以有效解决系统电压波动对客户的影响。所以，动态电压恢复器是实现电压波动，谐波等动态电压质量问题的最佳方法。
（3）统一电能质量控制器以及其他补偿装置
对电能质量控制器进行统一，使其结合串、并联补偿装置进行有效结合，一定程度上具备对电压、电流质量问题进行统一补偿的功能，这是属于综合类补偿装置。该补偿装置含有储能单元的串、并联组合，用户电力综合补偿问题，一方面可以应用于配电系统的谐波补偿；另一方面解决了许多电能质量问题，比如说瞬时供电中断和电压波动等动态电压质量问题，依次促进供电可靠性的提高。
3.2谐波的抑制
谐波的抑制需要静止无功补偿器，一种是由多台可投切电容器、电抗器以及谐波滤波装置等组成的设备，这种设备装置最主要的特点是响应速度快，能对变化的无功进行跟踪，对于风速不稳定引起的电压变化可进行大幅度调节，滤除谐波，从而促进电能质量的提高。
4结语
综上所述，现如今的电力电子技术对于风电机组的控制、电能的转换以及电能质量的改善都能起到一定的关键作用，但是也要明白风力发电并网技术还有一些问题亟待解决。本文对有关风力发电并网技术及其电能质量控制策略进行研究和探讨，以期对于风力发电技术的推广起到一定的促进作用。
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论文作者:孙银隆
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2019/1/3
标签：电压论文; 谐波论文; 电能论文; 电流论文; 风电论文; 风力发电论文; 功率论文; 《基层建设》2018年第32期论文;