风力发电技术及对电网的影响

风力发电技术及对电网的影响

Summary：能源是人类生存的物质基础，是推动社会进步的重要条件。清洁的环境和充足的能源是经济持续发展的基本条件。随着经济的快速发展，全球能源消耗率逐年上升，煤炭、石油、水电等能源的开发利用已经达到较大规模，但这些能源是有限的，不能满足人类长远发展的需要。在各种可再生能源中，风力发电最有潜力。风力发电因其成本低、资源取之不尽、利用方便等优点，已成为我国可再生能源利用中最有前景的发电方式。风力发电技术越来越成熟，风力发电成本越来越低。Keys：风力发电；电网；影响；随着目前我国科技的发展和时代的进步，政府对清洁能源的开发与投入正日益加大，工业的发展对能源的需求也在不断地增加，对能源结构加以调整，逐步增加清洁能源在整体能源供给当中的比例已势在必行。一、风力发电技术的关键问题1.风电质量问题。风力发电技术的一个关键性问题就是风电质量问题。风能作为一种可再生的能源，其有着强大的能量，但是性质很不稳定，风速和风向时刻都处于变化中，而风速和风向的变化又直接影响到电力系统输出的功率和稳定性。在这种情况下，为了保证风电的质量，我们必须在风电机组中增设依稀装置来稳定其输出功率，而这些装置的调控是很复杂的。目前风力发电技术中存在单机容量小的问题，在工作时如果电压达到额定的容量时，也会出现电力输出功率不稳定的现象。2.风电机组不能进行整体设计。随着风力发电技术的快速发展，我国的风电机组的零件的生产能力也大大提升，但是与发达国家仍存在一定的差距，尤其是一些核心部件，仍然靠依靠进口。这就导致了我国风力发电机组并不能通过国产化的程序进行设计和安装。此外，在风电机组的管理和检修等方面，我国的相关技术也较为落后，阻碍了风力发电行业的发展。3.安全性能不高。安全性不高也是我国风力发电技术发展中的一个关键性的问题。由于电网及电力输送过程中的安全性不高就极易导致风电过程中出现故障，主要的故障一般发生在发电机组的组装过程中，首先由于发电机组的组装本身就很复杂，而且技术人员的技术水平有限，加之管理力度不足，使安装环节的技术不到位，如果处理不及时就会导致较大安全事故的发生，影响用户的用电的稳定性和用电安全。二、风力发电技术及电网的影响1.威胁电网的安全。在整个发电的过程中，风电所使用的机组在进行关联的时候会发生功率上的流动单向性的转换，所以这在电网末端的时候就会容易出现问题，其性质的改变带动了流向和分布，如果其风电的电网一旦受到了一定程度的影响，超过了其负荷的能力，那么电压所引发的问题甚至可能导致其运作的崩溃，这样一来风电周围的电量就会缺失。不仅仅如此，在电网中，因为使用风力发电就会有源源不断的能量涌入，这个电量来源于风力，这样一来所带动的不仅仅是能量的缺失还可能使得整个系统的稳定性下降，在使用电网的内部频率上也会出现不稳定的情况，如果一旦频率不稳定，那么就会衍生出很多问题，一旦电流产生短路的现象那么整个系统中的变电站母线或者是一些局部的设备，例如各种大小的开关设备等等都很可能出现过度损耗或者直接损坏的现象，这样一来仅仅降低了其使用的能力更加重要的一点是使得整个电网的安全性大大降低，所以在整个风电的系统中还有很多遗留的问题要解决，首要的就是安全性的问题。2.对电网调度的影响。大面积风电场的接入对电网的调峰带来很多不必要的困难。风电的随机性和波动性对于电网来说是很不确定因素，时常是反调峰。当系统处于白天高峰负荷，需要大量有功支撑时，风力较大，无法满足有功电源的需要，而处于晚上低谷负荷时，往往需要降低有功出力，使电网达到稳定运行要求时，正是风力大发之时，有功电源迅速增加，对电网稳定危害极大，此时必须限制风力发电（所谓弃风）才能使电网恢复稳定，这样便降低了对清洁能源的利用，同时浪费了风力资源。3.对电压稳定性的影响。风电带来的稳定性和频率偏移问题不容忽视。大型风电场电压常常会有较大波动，这是由于风力发电机机组启动产生较大的冲击电流。多台风力发电机组的并网需分组进行，是因为多台风力发电机组同时并网会造成电网电压剧降。大型电网具有足够的备用容量，风力发电机组的脱网会导致电网电压的突降，引起电网电压的急剧下降。风电发电出力随风力大小变化，它具有随机波动特性，因此电网需根据风电容量增加旋转备用容量。随着风电注入功率的增加，风力发电通常改变了配电网功率单向流动的特点。当风电场附近的电压超出安全范围时，将容易造成暂态电压失稳，导致电压崩溃。现代风力发电机组主要通过采用电子装置在发电机转轴同电力网络频率之间建立一种柔性连接的软并网方式。由于异步电机在起动时,其切入电网的转差率很大，会影响机组寿命。4.对电能的影响。在整个风力发电的弊端中我们可以看到，不稳定性很直接的影响到了最后电能的方方面面在我们常见的整个机能中，风电组其不稳定的输出表现中，功率的波动会出现很多不良的现象，而这一系列的影响表现主要是由于多重的效用作用，湍流和塔影和尾端等等都会重叠性的影响着功率，从而使得我们的电压产生了一定程度的偏差，除了偏差以外还有其他可能使得电能质量降低的情况出现，比如较为常见的谐波，闪变波动等等现象出现。在电动机的使用过程中，我们常涉及到的异步电动机总是需要面对超过性能的好几倍的电流冲击，所以在这种情况下，会缺少自身单独的励磁设备。三、风力发电技术的发展趋势1.大功率中压变频器。为了更好的利用风能而且使风力发电的效率有所提高，大功率中压变频器的使用在不断增加。大功率中压变频器的具有双向开关接口和多元三项逆变器，此外，大功率中压变频器还具有二极管箱位的多电平结构。在工作中，它可以将开关功率和开关的损耗降到最低。在风力发电机组中，大功率中压变频器的优点逐渐被发现而且被广泛的应用。2.用于风力电场的储能技术。风力电场储能系统对于维持电压频率有很重要的作用，它可以实现快速的大量储能。在整个风力发电系统中有着很多种的储能系统，蓄电池的储能系统是现在应用最广泛的储能系统，它的充放电过程较为迅速，但是充放电的具体时间由于蓄电池具体类型的不同而不同。在蓄电池使用时，其日常维护是一项重要的任务，由于其维护成本及使用寿命受到许多因素的影响，所以目前很多相关工作者致力于优化相关性能，使维护成本降低，使用寿命延长。经过不断的试验我们发现，业态蓄电池在风力电场的储能中具有一定的优势，液态蓄电池不仅体积、重量有所减轻，而且功率性能较容易被控制，其在风力发电系统中有较好的应用前景。3.海上风力发电技术。目前我国大多数的风力发电厂都在陆地建设起来，而随着人们用电量及电负荷的不断增加，越来越多的陆上发电厂被建设起来，占用了很大部分的土地资源。一定程度上增加了我国土地资源的使用负担。所以，海上风力发电被逐渐的开发建设，其技术也得到了不断的发展。海上的风能资源是十分丰富的，其远远高于陆上的风能资源。在海水较浅的地方可以安装风力的涡轮发电机进行发电，这种情况下发电机产生的功率很大，可以达到陆上发电的1.5倍。总之，风力是一种可再生能源，鼓励世界发展，在改