董书俊 吴 昊
（江苏海上龙源风力发电有限公司，江苏 南通 226014）
作为可再生资源的代表之一，风能资源能够有效缓解我国传统资源短缺的压力，协调了资源应用与生态环境改善的关系。目前风能技术研究逐渐成熟，风能发电规模扩大，风力发电的发展市场与前景十分广阔。电力电子技术的不断升级，风力发电技术成本降低，为风力发电技术性能的优化创造了有利条件。风力发电并网技术的应用，解决了风力发电中存在的无功、谐波问题，提升了风力发电稳定性。文章研究旨在加大对风力发电并网技术及电能控制的研究力度，为风力发电未来发展积累更多经验。
风力发电改变了热能转变电能的传统发电模式，降低了电能生产过程中对环境的危害，对比传统发电模式，污染处理成本更低。作为典型的绿色可再生资源，在满足发电条件基础上不会产生附加污染物，有效实现生态发展绿色环保目标，为经济与生态环境可持续发展提供助力[1]。目前风力发电技术逐渐成熟，国家对风力发电量的需求也在不断增加以及政府对风能方面资金与技术的侧重，使风力发电厂覆盖规模持续扩大。为了更好地发展风力发电，提高电能的利用效率，应积极采取风电并网技术，通过有效并网处理，打造离网型发展结构，充分发挥出风力发电优势。风力发电厂的建设成本低，施工周期较短，占地面积少，这些都为风力发电电网建设提供了有利条件[2]。风力发电并网技术的应用，为风力电能有效利用奠定了基础，便于深度开发风力洁净能源价值。直驱型风电机组系统如图1所示。
图1 直驱型风电机组系统
2.1 同步发电机组并网技术
风力发电中同步发电机组并网技术的应用，能够做到无功功率、有功功率同步实现形成与输出，整体运行周波稳定，有效提高了风力发电电能质量，提高了风力电网终端用电设备的稳定性，维持正常运行的同时保证了风力发电的安全性。同步发电机组并网技术在实际应用中还存在部分薄弱环节，风速控制方面效果不够理想，运行转矩稳定性较差，电力系统应用同步发电机组并网技术期间，系统会受到明显冲击，导致风力发电系统设备损耗增加，寿命缩短[3]。同步发电机组并网技术中还存在精度、转矩不符等现象，电能质量受到直接影响，导致电网电压与系统运行最终电压之间存在差异性。同步发电机组并网技术的应用掌握能力有待提高，若技术控制不到位，将产生无功振荡情况，导致电能质量降低。为了更好地发挥出同步发电机组并网技术应用优势，扩大应用范围，采用变频装置，协调电机与电网关系，进一步提升技术应用与发展速度。
2.2 异步发电机组并网技术
异步发电机组并网技术与同步发电机组并网技术存在差别。高精度机组调速方面，异步发电机组并网技术对高精度机组调速要求严格度不高，并网操作简洁，通过对基本转速和同步转速的控制即可实现。风力发电系统中异步风力发电机组并网技术能够有效提高风力发电系统的稳定性，控制装置复杂度较低[4]。实际应用中存在的难点包括并网技术处理时，电力系统将受到较大冲击，系统的安全性易受到威胁；
受磁路饱和现象干扰，励磁电流增加，系统功率出现明显波动。异步发电机组并网技术应用有效性的提高，应妥善了解实际应用难点，在此基础上打造完善的监督体系，实时观察并网运行状态。科学梳理异步发电机组并网技术应用思路，采取有效措施缓解系统冲击电流，提高电力系统运行的稳定性与安全性。异步发电机组并网系统原理如图2所示。
图2 异步发电机组并网系统原理
结合图2内容，电子电力装置尤为关键。风力发电系统中，发电机转速受到风速变化影响，发电机转速为n，变频器会及时对转子电流频率fr进行调整，达到并网系统要求的定子频率恒定状态，即fs，满足fs=pfm+fr。定子电流频率必须保持风力电网频率同步状态，转子机械频率为fm，转子电流频率为fr，电极极对数为p。当发电机转速与定子旋转磁场转速(n1)之间关系为n＜n1时，风力发电并网系统中的发电机状态为亚同步，发电机转子运行所需要的交流励磁电流主要由变频器提供，发电机向电网提供电能主要依靠定子实现；
当发电机转速与定子旋转磁场转速(n1)之间关系为n＞n1时，风力发电并网系统中的发电机状态为超同步状态，电网电能主要通过定子、转子共同提供；
当发电机转速与定子旋转磁场转速(n1)之间为n=n1关系，则风力发电并网系统中的发电机状态为同步，变频器通过转子直接向系统提供直流励磁。借助变频器对风力发电系统中的转子励磁电流进行调整，达到变速恒频的有效控制，可以实现根据转速的调整，有效控制机械应力的消耗。实时跟踪风力发电机转速变化，保证发电机运转期间始终处于最佳功率输出状态。减少冲击力，提高输出功率稳定性。
3.1 谐波的引入
谐波对于风力发电并网技术的使用具有一定的影响，使用风力发电并网技术时，涉及的逆变器通常会形成谐波；
接通风力电源后，开展工作时也会形成谐波。二者均会引入一定量的谐波，对于电网结构的电能质量产生直接影响[5]。受客观因素影响，风力发电并网技术在使用时，多数风力发电机组并网时主要是使用软并网技术，技术应用过程中会形成大量的冲击电流，若外界风速大于切入风速，风机将无法达到额定运行状态，对使用风力发电并网技术的电网供电质量影响较为严重。
3.2 电压闪变与波动
风力发电并网技术对于风力发电电压有直接影响，会产生电压闪变、电压波动等问题。连接风电发电并网时，配电变压器与连接位置若较为接近，此处的接入工作会导致电网产生较小的电压闪变[6]。若配电变压器与连接位置极为接近，将对电流产生极大影响，会使馈线的电压出现较大波动，影响电机设备的正常使用。风力发电的使用，也会提升电网电压，现阶段多数风力发电电机均为异步电机，电机的旋转磁场构建使用大量的无功功率，无功功率会对电网的整体电压产生直接影响，通过风力发电并网技术对发电进行入网处理，会减少大量无功功率，达到降压的目的[7]。
4.1 科学有效地控制谐波
风力发电并网技术应用中，电能质量会受到谐波影响，为了提高风力发电并网技术的应用效果与风力发电系统稳定性，应采取有效率措施对谐波进行控制。从电能质量控制角度出发，有效抑制谐波，保证风力发电并网的安全性[8]。以静止无功补偿设备为载体，引入风力发电并网中，及时对无功功率进行判断，根据判断结果对设备状态进一步了解，跟踪无功功率，掌握功率变化状态。静止无功补偿设备在实际应用中，反应迅速，控制能力较强，能够有效调节电压起伏情况，快速锁定电压起伏原因，据此制定针对性措施，有效消除谐波，保证风力发电机组系统运行稳定性和电能质量。
4.2 加大电压闪变与波动控制力度
（1）增设优良补偿装置、动态电压恢复设备。风力发电并网技术应用中，电能质量控制主要表现为电压闪变控制、波动控制。可增设优良补偿装置，搭配动态电压恢复设备，及时对风力发电并网系统中的能量进行储存，设置储存单元，实时对无功功率进行存储，根据实际情况适当为系统提供无功功率，结合运行需求对有功功率进行补偿，使电能质量实现单元化、阶段性控制，提高稳定性。
（2）科学设置有源电力滤波设备。闪变现象的出现，需确定控制切入点，对负荷电流剧烈波动状态，有效补偿无功电流，达到并网系统稳定性与负荷电流补偿、安全性提高的目的。有源电力滤波设备的设置，需要引入可关断电子设备零件，通过电子控制设备功能，及时对风力发电并网中不稳定系统电源进行替换，为电压负荷输送平滑稳定的电流，确保风力发电并网系统负荷电流仅接触正弦基波电流。对系统稳定性与安全性方面，有源电力滤波设备应用优势明显，其反应能力迅速，能够根据系统异常情况快速作出应对；
设备可靠性高；
闪变补偿率极高；
电压波动状态控制效果好。
（3）加大优化电能质量的力度。电能质量的理想状态是形成正弦波，受各种因素影响，电波波形通常会出现偏离现象。对当前的电能状态进行分析可知，多数地区均有电能质量不高的状况，需针对电能质量进行优化与控制。不断优化电功率，保证形成无功就地平衡状态，确保供电半径具有较强的合理性；
根据实际需求选择合理的供电线路导线截面，对变电与配电设备的配置进行科学设计，防止超负荷问题出现；
合理设置调压措施，调压措施的应用能够有效解决变压器加装存在的各种问题。
（4）风力发电并网智能调控技术。风力发电并网智能调控技术，是电能质量控制的重要措施。风力发电并网智能化水平不断提高，为电能质量控制提供了有利条件。
智能调控技术主要表现包括科学整合传输系统数据以及智能感应技术的有效控制。传输系统的数据整合应用，以自动化控制系统为载体，保证传输安全基础上及时传输，嵌入智能化技术，科学利用ICP/TP传输协议打造共享传输系统，解决不同系统通信不及时的问题。以风力发电用户端设备为主，借助宽带路由器辅助与公共局域网的支持，对电能质量进行智能化控制；
风力发电电能质量控制应用到智能感应技术，打造系统化的智能电网，控制电网中的设备，通过全过程电网监测，实时提取设备信息，掌握设备运行状态；
科学应用无线感应器，提高智能风力发电系统的稳定性，科学调整变动电器，充分发挥智能感应技术的功能优势。
对风力发电而言，并网技术是智能化与技术性发展的重要支撑，关系着风力发电的可持续性。风力发电并网技术应用过程中电能质量易受影响，为了保证电能质量，必须制定有效的控制措施。新能源开发已经进入新的阶段，科学技术的支持以及风力发电量需求的增加，标志着风力发电并网技术应用研究力度将进一步上升。结合机组并网容量变化与电能质量稳定性要求，深层次剖析不同并网技术下风力发电效率变化。同步发电机组并网技术、异步发电机组并网技术具体应用中存在很多差异性，并且在不同程度上体现出应用薄弱环节，应根据风力发电系统情况，做出针对性地优化调整，及时规避并网技术问题。制定更完善的电能质量控制方案，有效提高风力发电并网技术应用以及电能质量。
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