风能工程学概论论文

浅谈我国风电现状及其并网困难的缓解

（河北工业大学电气工程学院，天津，300000）

摘要：将风能转化为电能并入电网，电力电子设备必不可少。本文简要介绍了我国风能发电的现状，是个难题，主要困难表现在以下两个方面：

1）风电会给电网注入谐波，造成电力论述了风电并入电网的困难和电力电子技术在风能发电并网过程中的应用。 关键词：风力发电，电力电子技术

1 我国的风能资源简介

在21世纪的今天，在常规化石能源短缺和全球生态环境持续恶化的情况下，世界急需寻找新型能源来替代传统能源。而风能资源因为具有可再生、永不枯竭、无污染、综合社会效益高等特点，是一种很有发展前景的可用来代替传统能源的绿色能源。

我国的风能资源主要分布在东北、华北、西北及沿海地区。据统计，我国陆地风能资源潜在开发量约为23.8亿kW ，5～25m 水深线以内近海区域可装机容量约为2亿kW ，陆地加上海洋的总的风能资源可开发量为10亿-15亿kW 。总体来说，我国是个风能资源较丰富的国家。

2 我国风能发电现状

2.1 我国风电发展现状

我国风能发电的前景广阔，市场巨大，目前有生产风电发电机组的厂家八十多家。根据中国风能协会的统计，2010年我国新增风电机组12904台，装机容量约为19GW ，累计装机容量约为44.7GW 。若以可开发总量为1000GW 来计算，则我国风电发电机组已装机容量仅占可开发总量的4.5%，而风电发电机组按照发电机的结构分为异步发电机、同步发电机、永磁式发电机等机型。受到发电成本和发电效率的影响，我国的风电机组目前主要采用的是交流异步发电机。 2.2 我国风电并网存在的困难

如何将风电场所发的电能并入电网并且不引起大的影响对于风电行业来说一直

污染。异步发电机的转子转速是根据风力的大小时刻进行调节的，而风速的不可预知性，会导致转子转速的不稳定，从而导致频率突变，进而导致电压的突变。如果将这样的电能不做任何处理直接并入电网会造成大的有功冲击进而破坏电网系统的稳定运行。所以一般要对即将并入电网的风电进行变换后再并入电网。

风电风电机组常用的并网运行方式为恒速恒频方式和变速恒频方式。其中恒速恒频方式对风能的利用率较低，变速恒频方式实现了风能利用率的提高，而要实现变速恒频方式需要增加实现恒频输出的整流逆变的电力电子变换器，若其切换频率恰在产生谐波的范围内，则会造成严重的谐波污染。其危害主要表现为：恶化电网品质、增加装置无功功率的消耗、降低功率因数、使供给负载的波形发生畸变。其中，如果无功功率的消耗都由电网提供，则会造成功率损耗增加及设备容抗的增大，增加了能源消耗。

2）电力系统调峰能力不足，所发风电难以全部送出。风力发电所发出的电能与所在地风能成正比，而我国的电源结构以火电为主，据统计，到2009年底，我国火电装机占全国发电总装机的74%，其中，供热机组又占了20%以上（在风能资源丰富的“三北”地区，这一比例更高）。受到电源结构的限制，我国电力系统调峰能力长期不足，而电网为了接纳风电并保持系统的稳定运行，就要留有接近风电场最大发电出力的调峰盈余用来平衡负荷低谷时风电出力的增加。而在我国北方风电场集中的区域，供热机组所占火电比例较高，而在冬季，恰好为此地区风电出力最高时期，而此时为保证供暖，供热机组又不能减力，在调峰能力不足的情况下，为保持电网系统的稳定，人们往

往选择限制风电场的发电出力，造成风电场所发风电不能全额送出，形成资源浪费。据中国风能协会统计，2011年全国因为限制发电出力而损失的风电电能约为100亿千瓦时。

3 电力电子技术对风电并网困难的缓解

3.1 电力电子技术简介

电力电子技术以实现高品质和高效率用电作为基本目标。可以分为电力电子器件技术、电力电子控制技术和电力电子控制技术。其中，电力电子变换电路的功能是将电网的电能转化为负载需要的形式，即实现功率转换，其基本转换电路只有四种类型：整流电路AC-DC ，斩波电路DC-DC, 逆变电路DC-AC, 交流变换电路AC-AC 。电力电子控制电路的基本功能是利用计算机技术和自动控制理论来提高系统的性能。其中电力电子变换技术是电力电子技术中最基本和最共性的技术。

3.2稳定风电输出电压频率

如果想将异步电机所产生的电能并入电网并且不产生电压频率的突变，就需要用电力电子技术对其进行上文提到的控制，我国目前主要采用的是变速恒频控制。实现这种控制的方案众多，而双馈发电机方案更有优势，其优点为当风速大小改变时，时时调节转子转速，可保证输出电能频率的稳定，提高机组发电效率。主要运用了电力电子技术中的电力电子变换电路的AC-AC 变换电路，其基本功能为把一种交流电能通过调节电压电流的频率幅值变换为另一种交流电能。AC-AC 变换电路的拓扑结构分为交交变频器，交直交变频器和矩阵变换器。而其中的交交变频器是通过晶闸管自然环流的方式，变频频率较高，但其吸收较多的无功功率，导致功率因数变低，谐波含量较大，所以其在风电发展中应受到限制或者采取滤波器和无功补偿器来进行缓解。 3.3抑制谐波

依据现在电力电子技术的发展趋势，新型的有源电力滤波器（APF ）将逐渐取代传统的LC 滤波器，成为抑制谐波的主要电力装置。有源电力滤波器是能够对幅值与频率

有变化的谐波进行补偿的电力电子装置。它

主要是先对补偿对象进行谐波电流检测，当检测到有幅度和频率变化的谐波时，就会一个大小相等极性相反的补偿电流，从而使电网电流中只含基波分量，并且有源电力滤波器进行补偿时不会受到电网阻抗的影响，是一种可行的方法。由于主要谐波源为电力电子变换装置，也可以采用产生谐波较少的交直交变频器或矩阵变换器。或采用文献[2]中提到的单位功率因数变换器，不仅不会产生谐波，还可使功率因数变为1，具体实现方法可用滤波器与动态功率补偿滤波器(DPF)结合起来，实现负载的功率因数为1，谐振最小，电压稳定，负载最优的效果。 3.4无功补偿

因为风电发电机的电力电子变换器要消耗大量的无功功率，都由电网来提供可行性不高，所以可以采用电力电子器件进行无功补偿。早期的无功补偿装置为调相机可用于补偿固定无功功率或变化无功功率，但电容器的发展已将其取代，而电容器的局限为只能补偿固定无功功率。近年来，静止无功功率补偿装置（SVC ）发展迅速并且广泛应用于无功补偿的领域，所以静止无功补偿器成为目前的首选。

静止无功补偿装置一般使用晶闸管控制电抗器加固定电容器的方式，能够进行补偿装置无功功率的连续调节。并且静止无功补偿器的使用可以减小振荡，依据文献[4]的数据可以看出，安装了静止无功补偿器的风电发电机仅用了很短的时间就使电网恢复了稳定。而目前出现了比静止无功补偿器更为先进的静止无功发生器（SVG ），可产生感性无功功率和容性无功功率，也可以用于无功补偿。

4 结论

风能资源是一种无污染、可再生的新型能源。我国的风能资源丰富，但是目前的已开发量所占可开发总量比率较低，这表明了我国的风能发电市场潜力巨大。

可以看出，目前想将风电场所发出的电能并入电网还具有一定的困难，而电力电子技术的出现和发展对实现风能发电和缓解风电并网困难都起到了重要作用。由此可得

出结论，通过电力电子技术的进步来促进风能发电的发展将是风电行业发展的必由之路。

参考文献

[1] 刘建军. 现代电力电子技术的应用及前景分析[J].计算机

光盘软件与应用, 2011，17：28-28.

[2] 张辉，康勇，陈坚. 电力电子技术的现状与绿色变换的发

展趋势[J]. 海军工程大学学报，2001，13(5)：89-93 [3] 徐建中，冯遵安，王恩荣. 电力电子技术在可再生能源

发电系统中的应用[J].南京师范大学学报(工程技术版) ，2007，7(3)：21-25

[4] 王琦，陈小虎，吴正伟. 电力电子技术在风力发电中的应

用综述[J]. 南京师范大学学报(工程技术版) ，2005，5(4)：7-10

[5] 杨林. 电力电子与新能源发电技术[J]. 计算机光盘软件与

应用，2010，14：107-107

[6] 钱照明，何湘宁. 电力电子技术及其应用的最新发展

(一) [J].中国电机工程学报，1997，17(6)：361-366