風(fēng)電系統(tǒng)中電壓波動因素及抑制措施的研究

孫輝 程志明

摘要:由于潔凈并且可再生,風(fēng)力資源被越來越多的應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)中,但是由于技術(shù)的不成熟,還存在許多難以解決的問題,電壓波動就是其中值得特別關(guān)注的問題之一。本文簡要介紹了電壓波動及其產(chǎn)生原因,并在此基礎(chǔ)上提出了幾點的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電電壓波動電能質(zhì)量

中圖分類號:TM246+.5 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0127-01

由于能源的日益短缺和人們對環(huán)境保護的要求越來越高,清潔可再生的風(fēng)能以及潔凈的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)被越來越多的應(yīng)用。發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為我國改善能源結(jié)構(gòu)、保護環(huán)境的重大舉措,成為我國未來能源利用與工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略組成部分。但是,由于風(fēng)資源的間歇性、隨機性造成風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定性,加上電網(wǎng)負荷的波動性等因素的影響,使得在利用風(fēng)電時有較大難度,會增加電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓難度,嚴重影響輸電變電設(shè)備以及用電設(shè)備的安全。

電壓波動是影響風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量的主要負面因素之一,對于發(fā)電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)、用電環(huán)節(jié)等都會帶來較大的危害,因此作為電力工作者,有必要加深對電壓波動的認識與研究,以便在以后的學(xué)習(xí)工作中更好地應(yīng)對可能出現(xiàn)的問題。

1電壓波動及其產(chǎn)生原因

電壓波動是指一系列電壓變動或工頻電壓包絡(luò)線的周期性變化。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,引起電壓波動的最根本原因是發(fā)電機組輸出功率的變化,而引起發(fā)電機組輸出功率變化的原因多種多樣,現(xiàn)簡要介紹幾個主要原因。

1.1 風(fēng)資源的狀況

風(fēng)力發(fā)電靠風(fēng)力吹動發(fā)電機做功,將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能,風(fēng)能是發(fā)電的基礎(chǔ),因此風(fēng)資源質(zhì)量的好壞會影響電能的質(zhì)量。例如平均風(fēng)速、湍流強度等都會影響到風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率,進而引起電壓波動。

1.2 風(fēng)力發(fā)電機組本身的特性

風(fēng)力發(fā)電機組的作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能,在整個過程中是作為至關(guān)重要的中間環(huán)節(jié)的,因此,機組的特性對能量轉(zhuǎn)換的質(zhì)量、效率等都有較大的影響。例如,變速機組與恒速機組對于相同的風(fēng)況的響應(yīng)是不一樣的;風(fēng)電機組的起停、切換也會對電能質(zhì)量造成影響,影響輸出電壓、輸出電流的穩(wěn)定,有可能引發(fā)電壓波動。

1.3 大功率設(shè)備的起停

目前,發(fā)電系統(tǒng)供給電能的很大一部分是用于工業(yè)生產(chǎn),而工業(yè)生產(chǎn)中要用到許多大功率設(shè)備,例如挖礦設(shè)備、煉鋼設(shè)備,由于工業(yè)發(fā)展的規(guī)模越來越大,這些設(shè)備的額定功率也越來越大,啟用這些設(shè)備的直接結(jié)果就是導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動。當(dāng)然,停用這些設(shè)備的時候就如同大面積停電,必然也會引起電壓波動。

此外,發(fā)電機組的控制系統(tǒng),操作人員的操作技術(shù),帶沖擊負載的大功率設(shè)備的起停等狀況都會引起一定程度的電壓波動。

2應(yīng)對及抑制措施

由于引起電壓變動的原因是多種多樣的,相對應(yīng)地就需要許多抑制措施來處理不同狀況下的電壓波動,但歸結(jié)起來如下幾種主要措施可以應(yīng)對大部分情況下的電壓波動。

2.1 選擇發(fā)電及并網(wǎng)時間

由于風(fēng)資源的不穩(wěn)定性,可以選擇發(fā)電時間以及并網(wǎng)時間,例如可以通過研究不同季節(jié)、不同氣候條件下風(fēng)資源的特性,只選擇風(fēng)力較穩(wěn)定的時段進行發(fā)電以及并網(wǎng),這樣可以大大減少因為風(fēng)資源的不穩(wěn)定性而引起的電壓波動,減少在應(yīng)對電壓波動方面的投資,但缺點是不能夠充分利用發(fā)電機組,對于建設(shè)成本的回收需要更長的時間。

2.2 提供特殊供電

對于擁有大功率設(shè)備以及帶沖擊負載設(shè)備的工廠采取特殊供電,對于用電量特大的工業(yè)場所采取特殊供電。此處提到的特殊供電有多種不同的供電方法,例如對于大負荷的用電設(shè)備設(shè)施,可以采取獨立回路供電,這就可以保證該設(shè)備負荷的變化不會影響到其他設(shè)備;對于帶沖擊負載的設(shè)備采用更加可靠的專用的變壓器供電,同樣可以削減對其他設(shè)備的影響?？梢娞厥馇闆r可以特別對待,這也是比較簡單且行之有效的措施。

2.3 采用電力穩(wěn)壓器

伴隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,研發(fā)電力穩(wěn)壓器的技術(shù)也得到了較大提高,目前已經(jīng)有許多質(zhì)量可靠的穩(wěn)壓器面世,因此,在配電系統(tǒng)中可以更多的選擇電力穩(wěn)壓器,以保證在供電電壓有波動以及負載功率發(fā)生變化時電力系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定,確保發(fā)電、供電以及用電安全。

2.4 研發(fā)更加先進的緊急控制技術(shù)

在電力系統(tǒng)內(nèi),需要優(yōu)先做到的是預(yù)防事故的發(fā)生,防患于未然,但是,由于發(fā)電供電技術(shù)是一門尖端技術(shù),想要較好的掌握這門技術(shù)難度較大,不可避免的會遇到各種各樣的難題,這就需要掌握緊急控制技術(shù),以便出現(xiàn)緊急狀況時,及時控制事故的波及范圍,將損失降到最低。

2.5 建立應(yīng)對彈性機制

由于各種原因的影響,會引起功率、電壓以及電流的不同程度的波動,這就需要發(fā)電系統(tǒng)以及輸電供電系統(tǒng)都要有一定的彈性機制以應(yīng)對這些波動,也就是說,在負荷等條件發(fā)生變化的情況下,電力系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定。例如在新建以及改造變電站時盡可能的選用有載調(diào)壓變壓器。

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