利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功損耗

杜博婷

摘 要：為了保證現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電有良好的發(fā)展，應(yīng)認(rèn)識(shí)到風(fēng)力發(fā)電體系的特點(diǎn)以及不足，同時(shí)能積極的制定促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電體系發(fā)展的方案，比如通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備的無(wú)功功率來(lái)補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)的無(wú)功損耗。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；無(wú)功補(bǔ)償；補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)；無(wú)功補(bǔ)償

風(fēng)力發(fā)電由于具有良好的環(huán)保性、可再生性，使得風(fēng)力發(fā)電在當(dāng)前電力供應(yīng)領(lǐng)域發(fā)揮了關(guān)鍵力量，促進(jìn)了電力領(lǐng)域的發(fā)展。尤其是在電力傳輸困難的地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電已成為相應(yīng)地區(qū)供電的主力。但受到風(fēng)力發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)的影響，在無(wú)功補(bǔ)償方面投入較大成本，影響了風(fēng)力發(fā)電體系發(fā)展，需要技術(shù)人員做好無(wú)功率補(bǔ)償方面的工作，推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展。

1 無(wú)功率補(bǔ)償技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)中的運(yùn)用概述

由于發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)的影響，在實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電中會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，影響風(fēng)力發(fā)電的正常發(fā)展，需要技術(shù)人員采用無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞奖ＷC風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)化的穩(wěn)定運(yùn)行。在當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)技術(shù)主要是通過(guò)在風(fēng)電場(chǎng)匯集站點(diǎn)中安裝集中類型無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但這也會(huì)到導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)在無(wú)功補(bǔ)償方面的投資偏大。而在對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程中，人們也在積極的探尋高效的解決方法，以期促進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。在無(wú)功補(bǔ)償問題實(shí)際的解決過(guò)程中，部分地區(qū)以不同大小的風(fēng)力發(fā)電量和實(shí)際的電壓波動(dòng)為基礎(chǔ)進(jìn)行換算，逐漸開發(fā)出了以風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備的無(wú)功率損耗來(lái)平衡風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)。在運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，需要根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中的母線電壓數(shù)值變動(dòng)來(lái)完成無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的選擇。對(duì)于發(fā)電量變化導(dǎo)致的母線電壓變化量在電網(wǎng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)，可以利用風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的無(wú)功功率來(lái)降低匯站點(diǎn)當(dāng)中無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的容量，這樣也就減小了無(wú)功補(bǔ)償方面的投資。

2 風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)無(wú)功損耗以及特點(diǎn)分析

2.1 風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中的無(wú)功損耗

當(dāng)代風(fēng)電場(chǎng)整體結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，而其無(wú)功損耗則主要是由以下幾個(gè)部分所構(gòu)成的

（1）風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備升壓變壓組件消耗的無(wú)功功率，其具體的計(jì)算公式為：

Qb=[（UdIm）/（100Ie）+I0/100]Se

（2）風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中匯流站部主變壓器部件損耗的無(wú)功功率木，其具體的計(jì)算公式為：

QB=[（UdIm）/（100Ie）+I0/100]Se

（3）風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中集電路結(jié)構(gòu)損耗的無(wú)功功率，其具體的無(wú)功功率以及感性無(wú)功功率核算公式為：

QC=U2ωCl

QL=3I2ωLl

（4）在一些并網(wǎng)線較長(zhǎng)的風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中，還需要能考慮到高壓并線路結(jié)構(gòu)百分之50的無(wú)功損耗，其具體的無(wú)功率以及感性無(wú)功率的核算方式為：

QC=U2ωCl/2

QL=3I2ωLl/2

在公式中，Q代表各電路元件所損耗的無(wú)功功率：Ud代表變壓器設(shè)備阻抗類電壓百分值；Im代表變壓器設(shè)備其需要進(jìn)行補(bǔ)償一側(cè)的實(shí)際工作電流；Ie代表變壓器設(shè)備需要進(jìn)行補(bǔ)償一側(cè)的具體額定電流；I0代表變壓器設(shè)備空載狀態(tài)電流百分比；Se代表變壓設(shè)備的額定容量；U代表計(jì)算線路系統(tǒng)的額定電壓數(shù)值；I代表通過(guò)線路的工作電流大?。籰代表風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中架空集電線路的具體長(zhǎng)度。ω的代表電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率；C代表架空類型電路線路結(jié)構(gòu)的單位電容：L代表架空電力線路結(jié)構(gòu)的單位電感。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中無(wú)功損耗的實(shí)際特點(diǎn)

根據(jù)對(duì)上述各計(jì)算公式的分析來(lái)看，風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中變壓器設(shè)備的損耗數(shù)值、線路感性類型無(wú)功損耗數(shù)值和工作電力數(shù)值的平方成正比，同時(shí)也和風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的有用功率數(shù)值的平方成正比，這也就表示風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)中的無(wú)功損耗數(shù)值是隨著發(fā)電功率數(shù)值變化而發(fā)生變化的。

3 利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功損耗分析

從電機(jī)運(yùn)行方式來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)2種類型。其中，變速恒頻發(fā)電機(jī)又包含雙饋型變速恒頻發(fā)電機(jī)和直驅(qū)型變速恒頻發(fā)電機(jī)2大主要類型，這2種機(jī)型是當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型。

雙饋型變速恒頻發(fā)電機(jī)是當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型，它是繞線式異步發(fā)電機(jī)的一種，其定子繞組直接接入工頻電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過(guò)交-直-交式雙向變頻器與電網(wǎng)聯(lián)接。雙饋發(fā)電機(jī)通過(guò)雙向變頻器對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行交流勵(lì)磁。雙饋發(fā)電機(jī)是通過(guò)雙向變頻器為異步電動(dòng)機(jī)提供勵(lì)磁電流，以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速狀態(tài)下（發(fā)電機(jī)狀態(tài)）。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率和相位，可調(diào)節(jié)定子繞組的有功輸出。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小，可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率，所以通過(guò)調(diào)節(jié)雙向變頻器的勵(lì)磁電流，就可調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機(jī)的無(wú)功輸出。

恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用鼠籠型異步電機(jī)作為并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，它根據(jù)異步電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的概念，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，該電機(jī)從電網(wǎng)吸收有功功率，以電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行；當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)開始發(fā)電，將風(fēng)力機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，向電網(wǎng)輸出有功功率。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理與異步電動(dòng)機(jī)相同，在運(yùn)行時(shí)需從電網(wǎng)吸收有功功率來(lái)建立磁場(chǎng)，因此這種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要自身配有無(wú)功補(bǔ)償裝置，不能向系統(tǒng)發(fā)無(wú)功。

直驅(qū)型變速恒頻發(fā)電機(jī)是當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型，它略去了雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪箱，使風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸相連。這樣，發(fā)電機(jī)的頻率只與風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)。直驅(qū)型變速恒頻發(fā)電機(jī)是通過(guò)采全功率變流技術(shù)，采用AC-DC-AC變流方式，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的低頻交流電經(jīng)整流轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)直流電（AC/DC），經(jīng)斬波升壓輸出為穩(wěn)定的直流電壓，再經(jīng)DC/AC逆變器變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻同相的交流電，最后經(jīng)變壓器并入電網(wǎng)，完成向電網(wǎng)輸送電能的任務(wù)。由于直驅(qū)型變速恒頻發(fā)電機(jī)采用的是整流逆變技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器的相位角就能調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功輸出，所以直驅(qū)型變速恒頻發(fā)電機(jī)可以發(fā)出一定容量的無(wú)功功率。

4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功損耗關(guān)鍵技點(diǎn)分析

風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償方案應(yīng)以無(wú)功功率平衡和電壓變動(dòng)計(jì)算為依據(jù)。距離電網(wǎng)較近時(shí)，系統(tǒng)短路容量較大，對(duì)于發(fā)電量的變化不會(huì)影響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的風(fēng)電場(chǎng)，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備沒有必要選用可快速調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償可基本實(shí)現(xiàn)上述風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功平衡，具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)力類型發(fā)電系統(tǒng)在各種能源短缺加劇、社會(huì)對(duì)電力能源消耗量攀升的現(xiàn)代有著巨大意義，能實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和電力供應(yīng)穩(wěn)定的雙方面發(fā)展，在電力供應(yīng)方面有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α６鵀?；了?shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域更好的發(fā)展，也就需要技術(shù)人員能運(yùn)用無(wú)功率補(bǔ)償技術(shù)來(lái)提升風(fēng)力發(fā)電體系的整體運(yùn)行質(zhì)量。這樣需要風(fēng)力發(fā)電技術(shù)人員能提升自身能力，為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)升級(jí)奠定基礎(chǔ)。

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