整个电网系统中大型风力发电设备是其中一个重要组成，在设备运转过程中，风力会带动叶轮转动，继而带动轮毂运动，将风能转化为机械能，再经由风力发电机，将机械能转化为电能，最终通过整流器和箱变升压并入电网，实现电力输送（具体见图1）。在这一过程中，若电网系统中所有风力发电设备同时运转，会产生极大冲击电流，对电网传输电能质量造成影响。风力发电机的运转速度、塔影效应等也会引发风机输出功率波动，继而影响电能质量。如何减少风力发电对电网电能质量的影响成为重点研究方向，研究风力发电并网技术和电能质量控制要点，对电网系统高效稳定发展有十分积极的意义。
1.风力发电并网技术的内涵和优势
1.1 风力发电并网技术的内涵
在风力发电系统中，并网技术是确保风力发电、电能传输与供应有序开展的关键环节，具有不可替代的重要作用。在风力发电系统中，保持风力发电机组输出电能的电压、频率、幅值、相位与被接入电网系统相关参数一致，实现电能的有效传输与稳定供应的技术，就是风力发电并网技术。若并网过程中风力发电机组整体容量不断提升，对电网造成的冲击也不断增加，当冲击力超过规定阈值时，会对发电机、塔架、部分机械组件造成磨损，也会导致整体电网系统电压值的下降。当这种冲击持续一段时间后，不仅会引发电网系统的整体崩塌，还会对其他并网运行的其他机组造成影响。因此选择适宜的并网技术，才能确保发电机正常稳定运行，并生产和传输高质量的电能。 
图1 风电机组简化结构图
目前，我国较为主流的风力并网发电技术有两种类型：（1）同步风电机组并网技术。该技术是同步电机与风力发电机相互结合的一种技术，在运行过程中，会同时输出有功功率和无功功率，提供较高质量的电能[1]。但在实践应用中，因风速波动大、控制难度大等原因，同步风电机组并网技术无法使转子转矩长期稳定运行，在并网过程中，更难以满足同步发电机调速精度。变频装置的普及应用有效地解决了这一问题，减少了由此引发的无功震荡或者失步现象；（2）异步风力发电机组并网技术。该技术无需进行设备的同步、整步操作，对机组调速也没有较高精度要求。在实际工作中，只需要机组转速接近同步转速就能实现并网，与同步风电机组并网技术相比，只需要通过转差率控制就能实现发电机组运行负荷的相应调节，具有操作便捷、安装流程简化、成本低等优势[2]。但同样，该技术也存在一定缺陷，包括系统自身无法自主形成无功功率，必须建立无功补偿；不能直接进行并网操作，会产生大冲击电流，继而导致电网系统电压下降，影响系统稳定性；不稳定系统频率值下降，会大幅增加异步发电机电流，引发过载现象。
1.2 风力发电并网技术的优势
在绿色、低碳、环保理念盛行背景下，国家提出了碳达峰、碳中和承诺和实现路径，即大力发展清洁能源。风力发电并网技术的应用，不仅有助于加快新型清洁能源替代传统火力发电方式步伐，降低二氧化碳、氮氧化物等的排放，有效治理环境，实现绿色可持续发展。同时，积极研发普及更加先进的风力发电并网技术，还能够节省发电成本，提升风能资源利用率，满足当前持续增长的电力需求。
2.风力发电并网对电能质量的影响和控制对策
2.1 风力发电并网对电能质量的影响
一是，对电能质量造成影响。现如今，在满足人们基本用电需求基础上，如何提供更高质量的电能成为发电企业普遍关注和研究的重点方向，尤其资源贫瘠的地区，电能质量问题直接关联人们日常生活和工作。从理论上将，最优质的电能其正弦波是完美且对称的，但在现实生活中，电能会受到各种主观、客观和内外部因素影响，对正弦波产生干扰，当干扰达到一定程度后，就会影响电能质量[3]。在电能传输过程中，风能的不稳定性和对随机性会对电网线路中的有功功率稳定性造成干扰，间接引发线路中充电功率的上下冲击，导致并网点及电网电压波动，继而对电能质量造成影响。针对这一问题引发的电能威胁，可以在电网原有无功补偿装置基础上，在风电并网点增设动态无功补偿装置，调节系统运行状态，减少电网受到的影响，提升电网稳定性，达到治理电能质量的作用。
二是，导致线路电压偏差。电压、频率、波形等是衡量电能质量好坏的重要指标。以电压为例，电压偏差属于常见稳态问题，与无功功率息息相关。在风电系统中，功率传输波动较大，对相邻系统产生影响。因此，在风电并网点产生局部结点电压变化较大。同时，定速风电机组一般由感应发电机装配而成，进一步加大了电压偏差发生概率，对电能质量造成影响。在风电系统中影响无功功率的因素有很多，倘若因风力变化引发功率不平衡，继而导致风电偏差较大，可以调节风电功率大小缓解电网波动，或者在电网系统中增设有效装置调节电压，达到调节电压偏压的目的，从而保障电能质量。
三是，导致线路出现电压波动、闪变等现象。我国风电发电机组规模持续扩大影响下，对电能质量产生的影响也不断增强，再加上风力资源本身不稳定性较强，容易引发电压波动、闪变等问题。为此，部分发电企业在进行风力发电机组并网时，会采用软并网的方式，尽可能降低对电能质量的影响。但该方式也存在不足，即设备启动时，仍会产生较大冲击电流；而且，当切出风速较低，没有超过风速时，风机便会自动停止运转。另外，风速的不可控性以及塔影效应也会造成影响，引发波动现象，甚至导致电网闪变现象的出现。
2.2 电能质量控制的科学对策
一是，抑制电压波动以及闪变，电压闪变是电压波动的一种特殊反应，与负荷变化引发的电压变动程度相关，其电压变动量的计算公式为：
式中，
分别指代评价母线上电力负荷的有功和无功变动量；UN指代评价母线额定电压；R、X分别指评价母线段供电系统与电源之间的等值电阻和电抗。针对这以问题，可以通过一下两种方式有效解决：（1）应用有源电力滤波器。在实际工作中，为避免闪变现象的产生，就需要时刻观察负荷电流，当发现负荷电流出现较大波动时，及时采用相关措施对无功电流进行补偿[4]。有源电力滤波器具有关断电子设备的作用，还可以借由电子控制设备替换系统电源，为负荷电压输送畸变电流，为正弦基波电流向负荷电流的正确传输提供保障。另外，该滤波器还具有高闪变补偿率、响应时间短、容量小、电压波动大、设备可靠性强等优势。（2）动态电压恢复器。针对中低压类型的配电网，若有功功率处于高速波动状态，就可能引发电压闪变问题，在进行补偿时，需要根据实际情况确定无功补偿、有功补偿以及相应的补偿数值。针对这种问题，发电企业开始使用自带储能单元的动态电压恢复设备替代原有无功补偿设备，在出现电压故障时，能够将电能直接充放至电力系统中，对负荷电压进行实时补偿，有效避免系统形成的电压波动、谐波等电能质量问题，确保电能正常、高质量供应。
二是，做好谐波抑制措施。为提升电能有效利用率，发电企业可以合理应用静止无功补偿器抑制影响谐波相关因素。静止无功补偿器主要由电阻对抗器、谐波过滤器、投切电容器等组成，通过这些装置组合应用和相互配合，能够实时追踪检测电网无功功率，及时发现和调节异常电压波动，继而消除电路传输中的谐波效应，提升风力发电质量和效能。
3.风力发电并网技术的趋势
未来，风电并网技术主要有以下两种主要的发展趋势：
一是，采用直流侧并网的方式加强风电并网控制。风能具有随机性、间歇性的特点，导致风电场出力不均衡，风电机组发出的电能也处于动态变化和波动状态。这就导致电网无法对风电进行有效管理，风电进入系统后对引发电网线路传输功率变化局部流量分布变化，增加电网故障发生概率，加强对风电并网技术的研究，能够有效降低并网引发的各种问题，提升电网稳定性。例如，可以采用直流侧并网的方式加强并网控制，将并网开关安装在直流电容和DC/AC之间，在并网前将开关断开，此时DC/AC会通过限流电阻对电容充电，发电机转速逐渐上升，但电容充电状态达到电网电压幅值后将并网开关闭合，实现并网。而当发电机在高速运转下脱网时，只需要后重新闭合并网开关就能实现并网，很大程度上提升了并网稳定性和便捷性。
另一方面，通过控制发电机输出功率加强最大风能捕获研究。风电并网控制的难点之一是最大风能捕获。目前，较为普遍的方式是调节浆距和发电机组功率转速，以发电机组功率转速调节为例，通过控制发电机输出功率，调节电磁功率，进而调节发电机转速，使风电机转速跟随风速变化，使之吻合最佳功率曲线，实现风能最大化转化。
4.结语
综上所述，风力发电并网技术对电网高效稳定运行和电能质量具有重要的作用，对风电并网技术的研发事关双碳战略能否有效落实。未来，我国将进一步加强技术研究与优化，不断创新新型电力设备，不断加强风力发电并网技术电能质量控制优势，在保障自身工作效率的同时，提升电能质量，更好地服务社会发展。
参考文献
[1]辛博然. 风力发电并网技术及电能质量控制措施[J]. 电子技术与软件工程, 2019.
[2]侯杰. 探究风力发电并网技术的应用及电能质量控制策略[J]. 中国设备工程, 2021(21):3.
[3]徐嘉玮. 新能源并网对电能质量的影响[J]. 通信电源技术, 2020, 37(5):2.
[4]张杨, 宋伟玮. 风力发电并网技术与电能质量控制要点探讨[J]. 门窗, 2020(16):1.
