大型风力发电场并网对系统电压的影响分析

摘要:本文主要从大型风力发电场概述、大型风力发电机的并网方法、风能在风力发电机组并网运行中的影响、风力发电并网技术与电能质量控制等方面进行了分析。

关键词:大型风力发电场；并网；电压

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一、前言

随着我国可持续发展基本国策的不断贯彻与实施，风力发电越来越受到重视，本文就大型风力发电厂并网问题进行了全面的阐述。

二、大型风力发电场概述

1.风力发电形式

风力发电有两种：一是离网发电；二是并网发电。目前中国的风力发电还处于试点阶段，并网发电的技术不够成熟。比较成熟的是北欧和美国。并网并不是一件很简单的事情，能够并网的电流具备正弦波交流50HZ，另外还有电压和功率等。

风机的离网应用有多种多样，主要可以分为以下几类：

为蓄电池充电：这种应用大多是指单一家庭住宅使用的小型风力发电机。

为边缘地区提供可靠的电力，包括小型和无人值守的风力机。风力发电机通常与蓄电池相连，而且也可以与光电池或柴油发电机等其他电源联机，为海上导航和远距离通信设备供电。

给水加热：这种系统多用于私人住宅。典型的用法是将风力发电机直接与浸没式加热器或电辐射加热器相连。

边远地区的其他使用：包括为乡村供电、为小型电网系统供电，以及为商业性冷藏系统和海水淡化设备供电。在离网风力发电系统的应用中，占主导地位的是利用风力发电机为蓄电池充电。这类风力发电机的转子直径通常小于5m，而且其额定功率低于1000w。独立的风电系统主要建造在电网不易到达的边远地区。

2.风力发电的特点

风力发电与火力发电相比，有其自身的缺点和优点，主要有：装机规模灵活，可根据资金情况而决定一次装机的规模。它是一种不污染环境，也不消耗资源的清洁能源，所需的动力只是自然界中的风。投入资金少，有一台风力机的资金就可以安装一台，投产一台。建设周期短，比如说建设一个万瓦级的风电场周期不到一年。

现在全球都面临一个严重的问题――能源短缺，各国政府及自己所能在开发新能源，而风力发电则是各国争先发展的新能源产业。风力发电没有任何污染，建设周期短，相比火力发电其成本低，对于我国来说，由于大型风力发电设备主要是进口，成本相对偏高，但随着我国大型风力发电设备国产化，将逐步降低风力发电成本。随着科技的进步，风力发电技术越来越成熟，这也将进一步促进风电的发展，从而为新能源发展，低碳生活作出更多的贡献。

三、大型风力发电机的并网方法

1.直接并网

这种并网方法要求在并网时发电机的相序与电网的相序相同，当风力驱动的异步发电机转速接近同步转速时即可自动并入电网；自动并网的信号由测速装置给出，而后通过自动空气开合闸完成并网过程。显见这种并网方式比同步发电机的准同步并网简单。但如上所述，直接并网时会出现较大的冲击电流及电网电压的下降，因此这种并网方法只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下，而电网容量较大的情况下。中国最早引进的55kw风力发电机组及自行研制的50kw风力发电机组都是采用这种方法并网的。

2.降压并网

这种并网方法是在异步电机与电网之间串接电阻或电抗器或者接入自耦变压器，已达到降低并网合闸间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电抗器等元件要消耗功率，在发电机并入电网以后，进入稳定运行状态时，必须将其迅速切除，这种并网方法适用于百千瓦级以上、容量较大的机组，显见这种并网方法的经济性较差，中国引进的200kw异步风力发电机组，就是采用这种并网方式，并网时发电机每相绕组与电网之间皆串接有大功率电阻。

3.通过晶闸管软并网

这种并网方法是在异步发电机定子与电网之间通过每相串入一只双向晶闸管连接起来，三相均有晶闸管控制，双向晶闸管的两端与并网自动开关K2动合触头并联。接入双向晶闸管的目的是将发电机并网瞬间的冲击电流控制在允许的限度内。其并网过程如下：当风力发电机组接收到由控制系统内微处理机发出的启动命令后，先检查发电机的相序与电网的相序是否一致，若相序正确，则发出松闸命令，风力发电机组开始启动。当发电机转速接近同步转速时，双向闸管的控制角同时由180°到0°逐渐同步打开；与此同时，双向晶闸管的导通角则同时由0°到180°逐渐增大。

四、风能在风力发电机组并网运行中的影响

在并网运行的条件下,因为受到重击电流的影响,风力发电会使得电网电压产生不良的因素。风是自然界中的现象,时而有时而无,时而强时而弱,因此利用风力发电就存在着不稳定,间歇性的问题,于是为了使得风电、并网后系统能正常的运行,就需要外加具有相应容量的旋转备用来保证风电厂的不稳定的因素。由于不同风力发电机组运行时需要的功率不同,就只凭借电容的补偿来解决无功功率的平衡现状,电网电压也受到发电机的无功功率的大小影响。

社会科学技术在各个领域中的不断发展,对于利用风力发电事业来说也在随着大型号的风力发电机组的研制,保证了大规模的风力发电场是今后风力发电事业的必走路线。

在我国的和很多地区,风力发电早就成为了可再生能源发电的主要形式,风力发电的运行状况是否正常,完全的影响到了电网的安全性。对于风力的合理与充分的利用,这就需要大量的对大规模的风力电厂并网运行技术进行研究,从而能使得并入大规模风电场后,电力系统依然能够保持完好运行的重要因素。 对于以往的风力发电系统来说,它主要取用恒定速度恒定频率的发电方法来进行发电,可是采用恒定速度恒定频率来进行发电的效率很低,同时造成机械受力很大投入的成本高的情况,早成这种情况发生的原因是由于发电机组的结构简单导致的。

五、风力发电并网技术与电能质量控制

1.改善电能质量

电能质量就是电力系统中电能的质量，理想的电能应该是完美对称的正弦波，但有些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。很多城市的电能质量较低，对人们的生活和工作产生了很大的影响，因此必须改善电能质量。主要方法为：首先可以改善电功率因数，使无功就地平衡，但要注意的是，一定要合理选择供电半径。其次要合理选择供电系统线路的导线截面，但要注意合理配置变电与配电设备，防止其过负荷运行。第三要适当设置调压措施，例如串联补偿、变压器加装有载调压装置、安装同期调试相机或者静电电容器等。以上三种措施，在实际的应用中对电能质量的改善具有良好的效果，可以大力推广。同时，我们要注意及时对百姓的用电情况进行调查，找出不足之处，以便于对电能质量及时进行改善。

2.提高电能质量

电能质量的高低影响着人们的日常生活和工作，因此在改善电能质量的基础上，必须有所提高。很多城市的电能质量虽然得到了改善，但还是没有办法满足人们的需求，因此，提高电能质量成为了人们的迫切要求，对于科研人员来说也是一项重要的任务。要想提高电能质量，首先要找出供电电压超过允许偏差的原因，经过大量的调查和研究，我们发现原因主要有三点，一是冲击性负荷、非对称性负荷的影响；二是调压措施缺乏或使用不当；三是线路过负荷运行。根据上述三点原因，使用风力发电并网技术可以有效的提高电能质量，不仅节省了运营成本，而且对风能的利用率也提高了不少。

六、结束语

加强对大型风力发电厂并网对系统电压影响的分析，可以更好加强风力发电的效率及安全性，非常具有现实研究意义。

参考文献：

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