风力发电并网技术与稳定性研究

期刊: 环球科学 DOI: PDF下载

王怀团

国家电投集团五凌电力有限公司新能源分公司,湖南长沙 410000

摘要

在电力需求量持续增长的背景下,风电项目数量不断增加。风力发电作为清洁能源,并具有可再生的特点,在能源方面展现出了优良的应用前景。对此,文章将以风力发电并网技术为核心,详细分析风力发电并网技术类型,并在设计新型配电体系、大数据技术在风力发电并网故障诊断中的应用、故障诊断处理与电能消纳能力提升这三个方面入手,论述提高风力发电并网稳定性的措施,希望可以为相关工作人员提供建议。


关键词

风力发电;并网技术;稳定性

正文


引言

风力发电具有较强的波动性、间歇性特点,其大规模并网将会对电网的稳定性造成严重影响。为了提升风力发电并网的稳定性,就需对风力发电并网技术深入研究。现阶段,风电装机容量迅速增长,风力发电并网技术以及其对电力系统稳定性的影响成为了相关工作人员必须关注的问题。基于此,下文将详细阐述风力发电并网技术与提升稳定性的措施,希望可以为我国电力领域的发展做出贡献。

1、风力发电并网技术类型

1.1同步发电机组并网技术

这一发电方法就是将风电机组连接至同步发电机上,经由调控励磁电流的大小,以此达成对系统的实时跟踪目标。该技术属于风力发电并网的早期主要形式之一,技术核心为借助齿轮箱将风轮的低转速转换成为同步发电机所需要的高转速,以此使发电机输出和电网的频率、相位与电压幅值完全相同的电能。并网之前需利用准同期并网形式,严格调节发电机的转速与励磁电流,借此方式保障电压差、频率差和相位差都处于允许范围中,减少并网过程中的冲击电流[1]。经研究发现,这一技术的优势就是发电机可以独立调节无功功率,对电网电压支撑能力优良,电能质量有保障。但是纵观实际情况可以发现,同步发电机转速需严格恒定,这就使得风力发电机组需要在恒速恒频的模式下运行,风能转换效率低下,并且齿轮箱的结构繁杂琐碎、维护工作所需要的成本费用较多。在电力电子技术持续发展下,其在大型风场中的应用频率逐渐减小,但是在小型分布式风电亦或是特定电网支撑工作中依旧展现出了可观的价值。

1.2异步发电机组并网技术

异步发电机并网技术主要借助异步发电机,也被称为感应发电机,以此达成风能至电能的转换目标。该技术的特点为结构简单、成本较低,不需要复杂的励磁系统和同步装置即可直接进行并网运行。异步发电机并网的进程中常用软启动器亦或是晶闸管控制设备,以此来限制并网瞬间产生的冲击电流,对电网和设备安全进行保护。因为异步发电机自身是无法建立磁场的,必须借助电网提供相应的无功功率,这就使得其需要配备电容器组或者静止无功补偿装置来优化、调节功率因数,维系电网的电压稳定[2]。经研究发现,异步发电机组并网技术适合应用在变速运行中,可以在比较宽的风速范围中达成对风能的捕获,强化风能利用效率。但是这一技术也存在一定的缺陷,如对电网电压产生的波动十分敏感,若电网出现故障,容易导致脱网问题,对于无功需求相对较大,加剧了电网调节负担。

1.3并网调试

并网调试的核心就是借助一系列技术手段,以此达成机组和电网之间参数匹配与安全对接的目标。一般情况下来看,调试工作涵盖了对发电机输出电压、相位的精确测量和调整,保障其与电网保持一致,在此基础上达成平稳并网的目标。并网调试还对并网开关、保护装置和无功补偿设备展开了全方位功能测试,验证其在不同的环境中是否具有良好的可靠性与响应速度。控制系统调试也尤为关键,该工作关系着功率调节、电压控制等多项措施的优化,以提高机组并网完毕后的运行性能和电能质量。通信系统和监控平台之间的联调工作也不可或缺,这一工作的进行可保障数据实时传输与远程监控功能正常。整个并网调试过程严格遵循电力系统相关标准与规范,为风力发电机组的安全、稳定并网运行奠定了技术基础[3]

2、提高风力发电并网稳定性措施

2.1设计新型配电体系

现阶段,我国风电机组接入电网的体制改革难度较大,面临着严峻的技术挑战。为改善这一问题,就需积极设计新型配电体系,以此提升风力发电并网稳定性。这一体系的核心就是创设出一个灵活、智能的电网架构,保障其可以适应风电出力的波动性和不确定性影响。新型配电体系应用了分布式网络结构,搭配使用微电网技术,有效达成了局部区域中功率的平衡和自主调节目标,降低对主网的冲击影响。经由引进柔性交流输电系统与高压直流输电技术,大幅强化了电网对无功功率与电压的动态控制成效,提高了系统抗干扰能力。智能配电自动化系统还可以在运行的过程中实时监测电网状态,迅速识别出其中存在的故障并实现隔离与恢复,为风电并网后持续稳定运行奠定基础。新型配电体系还展现出了多能互补的优势,整合储能装置、传统电源和可再生能源,形成三位一体的协同支撑能源互联网,全方位提高风力发电并网的安全性与经济性。

2.2大数据技术在风力发电并网故障诊断中的应用

在大数据技术所具备的数据收集分析功能基础上,将风速、温度等参数指标作为数据收集与分析的核心,经由对这些参数进行探测与研究,最终达成动态收集、数据挖掘与管理的目标,实现对设备的故障信息辨识与控制。在实际工作中,大数据平台可以创设出全面的故障预警模型,再借助机器学习算法分析海量历史数据与实时数据之间的关联性,实现了对潜在故障的早期识别与精准定位。如经由对振动信号、温度变化与功率波动等数据的深度挖掘,可预先发现叶片损伤、变流器故障等隐患威胁,规避因为设备故障造成并网波动问题。除上述应用价值外,大数据技术还可以结合气象预测、负荷变化等多源信息,对故障诊断措施进行调整优化,提升系统的自愈能力。在出现故障问题后,大数据分析可第一时间追溯故障原因,评估故障问题造成的影响范围,并指导运维人员对其进行精准处置,缩减故障恢复时间,提高风力发电并网的稳定性与可靠性[4]

2.3故障诊断处理与电能消纳能力提升

风电机组正常运转的过程中,经常会产生发电机过热与齿轮箱损伤等问题,严重降低了风力发电并网稳定性。工作人员可以在风电机组中加装传感器与监测设备,以此对风机的运行情况实时监测。经由创设完善、科学的故障诊断机制,迅速识别并定位风电机组和并网系统中的异常情况,搭配应用智能保护设备实现对故障的隔离与系统恢复,最大程度降低对电网的冲击影响。提高电能消纳能力属于解决风电波动性、间歇性造成的并网难题的重要措施。工作人员可利用需求侧响应技术、虚拟电厂模式和灵活调节的负荷管理手段,对风电出力与用电需求进行平衡,促进风电在电网中顺利、有效消纳。配置储能系统、优化电网调度方式,平抑功率波动,保障电网对风电具有良好的接纳能力。

3、结束语

综上所述,进行风力发电并网和稳定性研究对提升我国电力领域发展有着重要作用。相关工作人员需要深入研究,探索风力发电并网技术的类型,提升并网发电系统的可靠程度。在经济与科技持续发展的背景下,风力发电行业的发展也将不断前进,为创设安全、清洁的能源系统奠定基础。

参考文献:

[1]潘惠元,郭昆丽,杨鹏,等.基于附加虚拟电感的双馈风机改进动态无功支撑高电压穿越策略[J].发电技术,1-11[2025-09-03].

[2]莫基晟,尹纯亚,黄新民,等.考虑有功无功协调恢复的风电场高电压穿越策略[J].发电技术,2025,46(04):737-747.

[3]汪万红,徐少军,刘春雨.变速风力发电机组功率平滑控制方法研究[J].中国新技术新产品,2025,(12):26-28.

[4]张振伟,甄亮,韩天丁.直驱永磁风力发电机组并网无传感器控制策略研究[J].电力设备管理,2025,(11):94-96.


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