浅析风力发电并网技术及电能控制
王可
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王可,. 浅析风力发电并网技术及电能控制[J]. 发电技术与研究,2024.9. DOI:10.12721/ccn.2024.157437.
摘要:
随着社会主义经济的高速发展,人们对能源的需求量不断增多,能源是促进社会发展的必要前提。对能源需求的增加,矿产消耗量的增加和环境污染的加剧是清洁能源和可再生能源发展的必然趋势,其发展前景非常广阔,风能的使用与常使用的绿色新能源一样,使用范围广,资源相对丰富,对技术的开发和利用要求相对简单,方便管理。因此也越来越受到各个国家的高度重视。
关键词: ​风力发电并网技术电能控制
DOI:10.12721/ccn.2024.157437
基金资助:

引言

风力发电能够给我国的新能源发电技术奠定扎实的基础保证,属于我国发电方式中最为成熟的一种技术,所以该项技术在我国受到了广泛运用,但当前在实际的风电并网运用后产生了很多急需改进的影响因素,如对电网调度造成的影响、对电力系统稳定性造成的影响等,这些问题都会影响到日常用电情况。

1风电发电的特点

风力发电的主要特点有以下几点特点:其一,风能转换效率较高。由于风轮是靠机舱空间内气流进行交换,所以,在对风速变化时,通过改变叶片与地面接触面之间的角度来实现其能量转化。因此在整个过程中始终保持着最佳状态,以保证在机组运行安全稳定、经济性好以及提高能源利用率等方面都具有重要意义。其二,发电系统结构简单灵活、设计方便且易于维护管理。风电场采用的是分散式集中式布置结构形式,在整个过程中,通过风力机的运行来实现能量转换。由于风电场机组容量较小、结构简单等特点,使其具有较强的适应各种地形和负荷变化能力。目前,我国风电场采用的是分散式集中式布置结构形式。而国外则是采用分块系统设计模式进行发电系统规划及建设。其三,风电场的机组类型是比较多样化的,在实际的风力发电的过程当中,使用了很多类型的发电机,包括同步发电机以及异步发电机等。在当今风电技术飞速发展的背景下,双馈式风力发电机、直驱式永磁风力发电机组都得到了比较广泛地运用。

2风力发电并网技术要点

2.1同步并网技术

理论上来说,如果能够使得同步发电机机组与风力发电机组处于相同步调,则能够实现最好的风电并网效果。然而,就实际情况来看,风力发电的过程并不是稳定不变的,不同风速、风力、风向等,都会对发电产生相应的影响,这也使得发电转子会表现出一定幅度的摇摆性,这也导致风电并网调速,难以真正完全匹配同步发电机精度,出现失步的状态是大概率时间。所以,如何才能够真正实现风力发电同步并网,一直以来都是该领域的重要课题。当前这方面虽然尚未获得完美解决方案,但是研究也取得了一定的成果。

2.2异步并网技术

异步并网技术就是首先将异步发电动力机组与风力发电机组结合,再使之依据统一步调运转。该技术相对同步并网技术,所受的限制要小很多,必须保证风力发电并网调速精准性,只要发电转子运转时风力发电并网调速一部发电机转速保持一定程度的协调即可。采用异步发电机方式,能够有效防止系统中设置过于复杂的问题,同时,并网过程中也不会出现无振荡或失步问题,所以整体的状态能够保持较高的平稳性。但是,就当前的实际状况来看,采用异步并网技术的不足是显著的。异步并网容易导致并网中因为冲击电流过大、电压降低等原因,使得整个发电机组的稳定性受到较大影响,特别是不稳定系统频率值大幅下降,使得异步发电机电流显著升高。所以,选择异步并网技术,一方面要做好相关准备工作;另一方面,要妥善维持异步风力发电机组的稳定性。

3风力发电电能控制措施

3.1谐波消除控制技术

在通过风力发电机进行发电的过程中,谐波会导致整体电能质量的降低,进而影响电压和频率等,让有功功率和无功功率之间难以达到平衡。所以,要想有效保障风力发电系统的运行质量,就要将其中的谐波消除。在风力发电系统的具体运行过程中,谐波的影响主要包括以下几个方面:①谐波会导致发电机通讯和铁损的增加,进而引起超同步谐振现象。②谐波会导致系统设备的过热故障,进而影响系统的正常运行。③谐波会让保护系统和控制电路出现误动作情况,对传感器精准性造成不利影响。④谐波会对电子设备造成损坏,不仅影响风力发电系统的正常运行,也会为企业带来经济损失。在风力发电系统的运行中,若要有效消除谐波干扰,可通过以下几方面的措施来实现:一将电力变流器等电力设备应用到系统中,用这些设备的相位来抵消谐波。二对于谐波现象所导致的系统无功功率增加情况,可通过电容器组的合理调整来改变系统无功功率,让谐波对其造成的影响得以有效降低。三可通过三角连接法来进行系统连接,以此降低系统中谐波的进入量。四在具体的谐波消除中,也可以按照实际情况来合理地加设滤波器。

3.2电压波动与闪变控制

在风力发电并网中,控制电压波动与闪变主要通过以下两方面达到控制的效果。一方面,增设有缘电力滤波设备。这是当前风电并网技术中较为常用的一种控制闪变的措施,具体来说,就是在负载电流出现波动之前,主动针对负荷变化的无功电流实施相应的补偿,从而达到补偿负荷电流的效果。对于整个风力发电系统来说,将可关断电子设备应用于有源电力滤波设备,这样就能够以电子设备发挥系统电源的效应,从而实现畸变电流向电压符合输送,并且电流均保持为系统正弦基波电流。另一方面,是增设优良补偿设备。通过这种措施能够在一定程度上对电压波动实施有效抑制,从而避免其出现,同时采用增设动态恢复设备的方式。这样一来,增加的补偿装置,因为其自身具备可存储能量单元,所以能够在提供无功功率的同时对其予以有效的补偿,这样就能够最大程度地防止电压波动引发的问题,使电网中的电能质量处于较高的水平。

3.3无功电压自动控制技术

无功电压自动控制技术的应用主要包括无功电压自动控制子系统与附属监控系统。自动控制子系统可以作为一个单独的功能单元独立运行,也可以集成在监控系统中,它的主要作用是监测风电场内的无功电压情况,并通过通信系统传递相关无功电压的调节指令。子系统的运行与状态控制可通过人工设置来完成,风电场内的相关控制设备也可以实现人工的解锁与闭锁,系统通过自动控制完成设备投退。当风力发电系统处于稳定运行状态时,子系统能够体现出较好的无功调节能力,达到维持电压稳定的效果;如果机组无法有效完成无功功率的调节,可由动态无功补偿设备进行无功补偿。此外,子站还能完成风电机组以及无功补偿状态的自动调节,进而保证无功功率得到充分的补偿。

3.4风力发电机控制技术

目前主要的风力发电机包括异步风力发电机、电励磁同步风力发电机、永磁同步风力发电机等,从早期带齿轮箱高速传动部件的双馈式风力发电机到不带齿轮箱而是将风机主轴与低速多级同步发电机转子直接相连的直驱式发电机,再到更加集成、结构紧凑的半直驱变速变桨风力发电机。在具体的风力发电机制造过程中,采用更加集成设计和紧凑型结构的风电传动系统对发电机进行制造,以此来达到提升效率、降低成本的目的。同时,在对风力发电机的具体控制过程中,应通过全功率矢量法进行控制,解除其直轴电流和交轴电流之间的耦合,以此来实现系统功率因数的降低,让风力发电机得到良好控制。

结束语

综上所述,随着当前科学技术的不断发展,使得电力行业的整体变化趋势也在逐步加快。由于风电新能源的产生给现代社会能源运用带来很大帮助的同时也会随着在实际的并网阶段存在诸多影响问题,所以只有在不断提升的前提下,才能对电力系统的实际运用奠定扎实的根基,并在系统运行阶段出现故障期间利用并网的特点发挥出保护的作用与效果,为电力系统的安全性提供必备的支持与保证。

参考文献

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