风电电气系统节能方法研究

【摘要】人口数量的极具增加，中国的人口总数已经早就突破了13亿人口的大关，所以能源的竞争已经变得越来越激烈了，为了能够节约能源、将企业的成本减到最低和提高人们生活质量，人们就要注重节能，本文将就风电电气系统节能方法研究来进行简单的剖析，从风电场主要的电气系统中的作用还有他们在风电场中的具体的节能方法进行阐述。

【关键词】风电场、电力系统、节能

中图分类号：TE08文献标识码： A

一、前言

现在社会是一个能源型的社会，现在的所有的一些生活用品，基本上都是和电相关的。但是因为人口数量的极具增加，电力的要求就愈来愈发明显，所以为了能够很好的处理风电场所产生的清洁型能源---风力电能，就是非常重要的。节能已经是一个非常迫切的问题，本文就是讲的就是：风电电气系统节能方法研究。下文将进行详细阐述。

二、风电场主要电气系统在生产中的重要作用

1、发电机的作用

发电机大小取决于对风能利用率的大小，设计风力发电机应首先确定目标风区的风速范围，确定要利用的风速范围，然后选定风机，根据风机的输出能量大小确定发电机容量。 由于风力的大小是随机变化的，风力发电机不可能全部利用完，只能利用一个范围的风速，利用风速的上限称为切出风速，这个风速下的风能装置的输出功率就是风力发电机的最大功率，利用风速下限称切入风速，即风能装置能驱动发电机发电的最低风速，一般取发电机最大功率的10%以上。风力发电机组主要由风轮、发电机、电能变换单元和控制系统组成。风轮通过叶片捕获风能，是吸收风能并将其转换成机械能的部件。发电机实现机械能--电能转换。由于异步发电机结构简单、运行可靠，目前风力发电几乎均采用异步发电机。

发电机所发出的电能有两种处理方式：可以直接给负载供电或并入电网；也可以通过储能设备进行蓄能，再由电能变换单元将储能设备输出的直流电转换成交流电再供给负载或并网。储能设备作为中间环节不仅可以将能量储存起来，还兼有稳定电压的优点，这样对负载供电更平稳，对电网的冲击亦可减小。风力发电机组的控制系统是综合性控制系统，不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组进行并网、脱网控制，以确保运行过程的安全性和可靠性，而且还要根据风速、风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。风力发电控制系统的基本目标分为3 个层次：保证可靠运行、获取最大能量、提供良好的电力质量。因此，为了达到这一控制目标，风力发电系统的控制技术从定桨距发展到变桨距又发展到近年来采用的变速控制技术。

变速风力发电机组的主要特点是：低于额定风速时，能跟踪最佳功率曲线，使风力发电机组具有最高的风能转换效率；高于额定风速时，增加了传动系统的柔性，使功率输出更加稳定，特别是解决了高次谐波与功率因素等问题后，达到了高效率、高质量地向电网提供电力的目的。

2风力发电机组控制系统的作用

风力发电机组的控制技术从机组的定桨距恒速运行发展到基于变距技术的变速运行，已经基本实现了风力发电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的最终目标。风力发电机组控制系统的作用是对整个风力发电机组实施正常操作、调节和保护。

控制系统还应具有以下功能：根据功率以及风速自动进行转速和功率控制；根据功率因数自动投入（或切出）相应的补偿电容；机组运行过程中，对电网、风况和机组运行状况进行检测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，而且还能根据记录的数据生成各种图表，以反映风力发电机组的各项性能指标；对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信功能。

有各种功能的专用模块可供选择，可以方便地实现就地控制，许多控制模块可直接布置在控制对象的工作点，就地采集信号进行处理；同时DCS 现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时可随时修改控制参数。目前发电机组的运行通常由单片机或可编程逻辑控制器件等进行控制。MCS-80C32、8XCl96MC 等各种单片机用于控制风力发电机的运行，实现了自动跟风、并/ 脱电网控制，甚至是通信功能等。C60P 等各型PLC 也作为主控单元被用于风力发电控制系统中，适应了集群控制和单机无人值守的应用要求。

三、节能方法

1.风机布置

本工程场址地势起伏明显,多丘陵,不太适宜按梅花型阵列多排方式布机。为了机型选择的公平性,尽量使各种机型发电量最大化,因此,利用WAsP8.3、WindFarmer3.5.1软件等工具对场址风能资源进行分析,寻找风能资源丰富、具有开发价值的布机点,对各机型进行优化布置,机组行列距保持在5倍风轮直径以上。根据风电场整体布置原则,进行发电量的初步计算,使风电场整体布置比较合理,且发电量指标较高。

2.接入电力系统方式

综合考虑不同电压等级输送容量和距离,并网电压选用220kV电压等级,拟在风场内建设一座220kV变电站,站内规划主变压器四台,主变容量100MVA,电压242/35kV。本期建设安装一台,预留三台。

风力发电机采用一机一变单元接线方式,每台风力发电机接一台1600kVA升110压变压器,将风机端0.69kV电压升至35kV,每11台风力发电机汇集后通过1回35kV架空线送至厂内220kV变电所,经主变35kV升压至220kV后送出至系统并网。

四、风电场主要节能电气设备选择

选择电气设备时，必须根据选定的接入电力系统方式和电气主接线方案，计算短路电流并根据短路电流选择，主要电力设备包括：箱式变压器、无功补偿装置、35kV配电装置、主变压器、110/220kV高压配电装置等设备。

箱式变有欧式变与美式变之分。欧式变占地面积大，造价略高，但维护检修方便，美式变占地面积小，造价低，维护检修较复杂，选用时可根据实际情况选择。选择箱变容量时需考虑风机过负荷发电的情况，一般1500kW风力发电机选用1600kVA变压器即可满足要求。

目前风电场升压站无功补偿装置常见有SVC和SVG两种。SVC占地面积较大，但目前技术已经十分成熟，价格也较低。从原理上来说，SVG性能更好，且占地面积小，但目前国内技术尚不成熟，只有几家企业可以生产，关键部件需要进口，生产周期较长，价格远超同等容量SVC（以10Mvar无功补偿装置为例，SVG报价280万，MCR-SVC报价160万，TCR-SVC报价180万）。常规情况50MW风电场需配置10Mvar容量的无功补偿，电网有更高要求时按满足电网要求配置。

35kV配电装置一般选用户内固定式金属封闭开关，技术较为成熟。主变一般为三相双绕组油浸式有载调压变压器，变压器油型号、冷却方式等应根据当地气象条件确定。选择主变容量时，考虑风力发电场负荷率较低的实际情况以及风力发电机组的功率因数在1左右，可以选择等于风电场发电容量的主变压器。有载调压开关是主变的重要组成部分，进口有载调压开关性能较好，但价格比国产贵近40%（某风场升压站主变有载调压开关选择时，进口MR型开关价格约60万，国产苏州MR型开关价格为40万），实际选择时应根据性价比选择。

110/220kV高压配电装置可选用户内GIS式，也可选用户外布置。户内GIS占地面积小，故障几率小，价格并不昂贵，因此在目前风电场升压站中得到了广泛的应用。风电场污秽等级较高（一般为IV级），设备选型时需要注意过电压与绝缘配合（爬电距离为31mm/kV）。

五、结束语

综上所述，风力发电中的电气系统有很多的节能方法，不仅仅是从其发电中的电力措施上，电器的选择上，还有一些目前我们没有发现的问题，本文就是抛砖引玉，给广大的学者提供一个好的思路，以供大家参考和了解。非常希望有不同的声音想起，能够让我们了解到这个迫切需要改变的问题。

参考文献

[1]张登峰. 风力发电设备状态评价系统设计[D].郑州大学，2011.

[2]蔡顺根.物资设备招标采购“最低投标价法”存在的问题及风险防范[J]．铁路工程造价管理，2012(1)．

[3]杨校生，等.风力发电技术与风电场工程.化学工业出版社[M]，2012，1.