风电系统异常分析

风电系统异常分析

张昕昱

（国网电力山西新能源开发有限公司山西大同037000）

摘要：据世界气象组织统计分析表明，地球上近地层的风能总量约为13000亿kW，由于风能易于获得并转换，且分布广泛、无污染而又能够不断再生，所以开发利用风能可以很好地解决目前化石能源的危机，为人类解决能源危机提供一条很好的办法。因此，风力发电工程是当前符合我国可持续发展要求的绿色能源。由于风电机组运行工况复杂多变，机组状态监测数据量大、多源、复杂、增长迅速等特点，风电系统经常会有异常的风险，本文通过以下分析，来优化风电系统异常的解决方法。

关键词：风电；设备；异常；分析

1引言

随着经济社会的发展进步，人类对能源的需求量越来越大。世界能源危机和环境污染日趋严重，在这样的背景下，可再生、无污染的风能利用开始在世界各国崛起。我国幅员辽阔、地形复杂，风能资源储量丰富，在我国大力发展风力发电技术、实现对风能的综合利用是解决能源危机与环境污染问题的最有效途径之一。但是，风力发电系统的原动力来自自然界的风，而风具有间歇性、随机性等特点，这就导致了风力发电系统的输出电流不稳定，这一缺点限制了风力发电系统的推广使用。由于谐波的存在，增加了系统中元件的谐波损耗，降低了发电、输电、供电及用电设备的效率；大量的高次谐波流过中线时会产生线路过热，导致绝缘损坏以致引起火灾。谐波影响电气设备的正常使用，会使旋转电机和变压器发生机械振动、噪声和谐波过电压，可能缩短电机寿命，甚至损坏电机。

2电压波动影响风电系统原因

电压波动是指一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化。在风力发电系统中，引起电压波动的最根本原因是发电机组输出功率的变化，而引起发电机组输出功率变化的原因多种多样，现简要介绍几个主要原因。

2.1风资源的状况

风力发电靠风力吹动发电机做功，将风能转换为电能，风能是发电的基础，因此风资源质量的好坏会影响电能的质量。例如平均风速、湍流强度等都会影响到风力发电机组的输出功率，进而引起电压波动。

2.2风力发电机组本身的特性

风力发电机组的作用是将风能转换为电能，在整个过程中是作为至关重要的中间环节的，因此，机组的特性对能量转换的质量、效率等都有较大的影响。例如，变速机组与恒速机组对于相同的风况的响应是不一样的；风电机组的起停、切换也会对电能质量造成影响，影响输出电压、输出电流的稳定，有可能引发电压波动。

2.3大功率设备的起停

目前，发电系统供给电能的很大一部分是用于工业生产，而工业生产中要用到许多大功率设备，例如挖矿设备、炼钢设备，由于工业发展的规模越来越大，这些设备的额定功率也越来越大，启用这些设备的直接结果就是导致电网电压波动。当然，停用这些设备的时候就如同大面积停电，必然也会引起电压波动。

此外，发电机组的控制系统，操作人员的操作技术，带冲击负载的大功率设备的起停等状况都会引起一定程度的电压波动。

3电力谐波影响风电系统原因

谐波对电力系统的污染日益严重，其产生的危害主要有以下几方面：

3.1增加了电力系统中发生谐振的可能，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。

3.2使电网的电压与电流波形发生畸变，降低电网电压，浪费电网的容量。

3.3由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，降低发电、输电设备的效率和设备利用率。

3.4使电气设备运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。如：谐波会大大增加变压器的铁损和铜损，降低变压器有效出力，谐波还会导致变压器噪声增大，有时还会发出金属声。

3.5对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。

3.6谐波会使电视机、计算机等用电设备的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，甚至损害机器。

3.7谐波会使测量和计量仪器、仪表的指示不正确及整流装置等产生不良影响。

3.8谐波还会干扰通讯系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通讯设备。

4应对及抑制措施

4.1选择发电及并网时间

由于风资源的不稳定性，可以选择发电时间以及并网时间，例如可以通过研究不同季节、不同气候条件下风资源的特性，只选择风力较稳定的时段进行发电以及并网，这样可以大大减少因为风资源的不稳定性而引起的电压波动，减少在应对电压波动方面的投资，但缺点是不能够充分利用发电机组，对于建设成本的回收需要更长的时间。

4.2提供特殊供电

对于拥有大功率设备以及带冲击负载设备的工厂采取特殊供电，对于用电量特大的工业场所采取特殊供电。此处提到的特殊供电有多种不同的供电方法，例如对于大负荷的用电设备设施，可以采取独立回路供电，这就可以保证该设备负荷的变化不会影响到其他设备；对于带冲击负载的设备采用更加可靠的专用的变压器供电，同样可以削减对其他设备的影响。可见特殊情况可以特别对待，这也是比较简单且行之有效的措施。

4.3采用电力稳压器

伴随着电力电子技术的飞速发展，研发电力稳压器的技术也得到了较大提高，目前已经有许多质量可靠的稳压器面世，因此，在配电系统中可以更多的选择电力稳压器，以保证在供电电压有波动以及负载功率发生变化时电力系统输出电压的稳定，确保发电、供电以及用电安全。

4.4研发更加先进的紧急控制技术

在电力系统内，需要优先做到的是预防事故的发生，防患于未然，但是，由于发电供电技术是一门尖端技术，想要较好的掌握这门技术难度较大，不可避免的会遇到各种各样的难题，这就需要掌握紧急控制技术，以便出现紧急状况时，及时控制事故的波及范围，将损失降到最低。

4.5建立应对弹性机制

由于各种原因的影响，会引起功率、电压以及电流的不同程度的波动，这就需要发电系统以及输电供电系统都要有一定的弹性机制以应对这些波动，也就是说，在负荷等条件发生变化的情况下，电力系统能够保持稳定。例如在新建以及改造变电站时尽可能的选用有载调压变压器。

参考文献：

[1]谢华.电压波动和闪变及其改善措施[J].水利科技，2005（4）：53～54.

[2]张平，崔乐伟.浅析电压波动产生原因及抑制方法[J].中州煤炭，2004（3）：54～55.