浅谈海上电网电能质量的防范措施

浅谈海上电网电能质量的防范措施

魏晓丰 黄猛、沈志生、张慧、季国宾

中海油能源发展装备技术有限公司机电技术服务中心 天津 300450

摘要：海上发电就是将海上能源转化为电能。海上电网是利用海洋资源进行发电的新型发电厂。在环境保护形势日益严峻和海洋资源丰富且可循环利用的情况下，其中风力资源是海洋资源中主要利用的资源之一，也得到了更多国家的关注，国外很多国家都在海上建立了大型的发电厂。中国也积极投身其中，并有后来者居上的势头。因此应重点关注海上电网电能质量，采取有效的方式保证其质量，进一步促进海上发电事业的发展。

关键词：海上电网；电能质量；防范措施

1海上发电现状及优势

现阶段，我国在采用海上发电设备后基本满足了无过渡段单桩基础技术的全面覆盖，这样就最大程度上降低了海上发电工程建设成本，进一步促进我国海上发电行业技术的发展。在海上发电工程建设及后期运营的过程中，应不断提升海上发电评价与审核速度。海上发电发展势头良好，其优点主要体现在以下方面：（1）在对风况情况了解后可知海上风况要比陆地稳定，海上风速会跟着高度变化而变小，因此在搭设塔架时可以降低高度，最终节省成本。（2）海上风湍流强度不大，这样主导风向相对稳定，因此机组需要承受的疲劳度也会相对减少，可以最大限度的延长风机应用年限。（3）离海岸10千米位置的风速要高于陆地风速，通常在25%，在应用发电机组相同的基础上所产出的电量会增加。此外，与陆地相比海上环境噪音不会受到限制，因此应采用高叶尖速比，这样可以无形中增加电量，同时可以降低转矩。最终提升产能，减少因使用传统系统所产生的成本。（4）采用海上发电模式可以充分利用海洋能源，主要包括波浪能、温差能及盐能等，最终构建起海上能源系统，使海洋资源得到充分的利用。

2海上发电控制技术浅析

2.1电力电子变换器控制技术

该技术的应用范围较广，在大型的海上发电系统中能够得到很好的应用。风能有着较高的能量转换率，转换后的传输效率同样很高，还能够进一步完善无功功率，安全性高。电力电子变换器的功率范围较大，运行功率较高，但成本并不高。在风电系统中加入PWM整流器，就可以有效控制最大功率，通过矢量控制的方式能够弥补整流器无功功率、有功功率的缺陷，使无用功可以满足整流器运行要求。在应用PWM整流器后可以最大限度实现有用功率最大输出，应根据具体情况及要求完成直流环节设置，对风电系统无用功率及有用功率进行调节。

2.2风轮控制技术

①通过功率信号反馈进行控制。风轮在运行状态下，功率和实际风力条件的变化一致，分析功率关系，绘制最大功率的曲线图，就可以通过功率信号来控制风轮运行。实际操作过程中，还要比较最大功率和系统的客观输出功率，获得二者的差值，然后再调整风轮的桨距，最大限度的提高风轮的运行效率。这种控制技术的成本较低，但缺点是很难在风机运行的状态下获得最大功率的曲线。②叶尖速比的管控。在风力的影响下，风轮中的风叶尖端在转动时会产生线速度，即叶尖速。叶尖速比用来表示叶尖速以及时间范围内的风速比值。控制叶尖速比值就能很好的控制叶尖速比，继而控制风机运行。由于风速不一致，因此很难明确最理想的叶尖速比，所以要适度改变叶尖速，调节好风轮的转矩，以更好的调整风轮外边缘速度，以优化叶尖速比。

2.3H∞鲁棒控制技术

H∞鲁棒控制技术是以Hardy空间作为理论依据的，通过个别性能指标来优化无穷范数，从而得到具有鲁棒功能的控制器。H∞鲁棒控制可以有效从护理多变量，基于严谨、精确的数学基础来解决建模初期产生的误差。在风能激励的情况下，H∞的相应范数最小，控制系统的输出非常稳定，对海上发电机组而言，H∞鲁棒控制技术十分重要，如果风向和风速并不稳定，而且频繁改变，就可通过H∞鲁棒控制原理来控制变速恒频的风力发电系统，实现系统对风能的快速跟踪，以最大限度的提高风能利用效率和捕获风能的效率。

2.4模糊控制技术

这是一种最具有代表性的智能控制技术，其技术理论为模糊推理及语言规则，属于高级控制技术，该技术不会受到非线性因素的影响，具有很强的鲁棒性。通过模糊控制风力发电机组，能够显著提高风能的利用率，还能实现最大功率的追踪，而且还具有变速恒频优势。正是因为模糊控制技术的优点十分突出，所以在该技术不断发展的过程中，融入了人工智能、仿人智能、神经元网络等各种技术，对于海上发电机组控制技术的智能化发展具有重要意义。在变桨距并网型风力发电机组中运用该技术，可以全面改善控制系统的动态性，有效控制踢叶尖速比、风力机的转速和风轮桨距角，保证海上发电机组能够输出恒定频率、恒功率。与PID控制器相比，模糊控制技术能够更好的减轻个抖振问题，提高发电机组的运行效率和质量。

3电能质量传统与现代在海洋采油平台预防和措施

海上供电配电网采用的是船电也就是IT供电系统。在海上工作平台设计配电网时就考虑谐波抑制。海上工作平台的生产用设备80%-90%都是电动机、变频电动机等感性负载和电子整流设备，所以变压器选用Dy11接线组别的变压器，在配电网中变压器是重要的设备，但是变压器是非线性设备也会产生谐波，在轻载或空载的时候产生的就越多。所以为了有效的抑制变压器的谐波的产生，通常在设计时采用Dy11接线组别的变压器。这样的作用就是变压器的负载侧产生的3次以及3次倍数的谐波，只能在电源侧绕组内形成环流，能有效的抑制谐波进入电源侧电网中。选用Dy11接线组别的变压器对抑制谐波效果十分明显。主要缺点是三角形接法变压器绕组内产生环流，这样绕组电力会超出定值，长此以往会导致事故发生。

海上电网是经过变压器变成高压再向外送电，对于电网的电压稳定性有着严格的要求，负责外输电网变压器配备了有载调压装置。有载调压对电压的变压起着调节作用，稳定电压的波动，也是辅助电能质量的一种手段。随着科技发展海上工作平台从原来的单井工频机采逐步发展成一个变频器控制多个单井机采、再到现在的一个变频器控制一个单井机采。变频器充分利用了电力半导体构件的通断作用，将工频电源转换为其他频率电能控制装置。海上工作平台采用的电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容是无源谐波滤。这种无源谐波滤需要一比一的对应变频器，滤波效果差、非常占用空间，容易系统产生谐振。为了降低谐波的影响会增加电抗器，吸收电容等。也可以在变频器输出端增加滤波器，由于成本较低，一直是采油平台的首选。现在明显突出后期维护成本变得越来越高迹象。以上是几种传统的提高电能质量的预防措施。改用有源滤波器就有着明显的经济效果，有源滤波器具有非常好的滤波效果，其可以采用动态方式对谐波进行抑制，对新型电力电子装置补偿无功率，其可以快速完成对不同大小的谐波及不同频率的谐波进行补偿。在分离负载电流、不同谐波及无功时可以采用负载方式，对主动输出电流的大小、频率与相位进行抑制同时可以及时响应，最大限度的低效负载给电流所带来的影响，完成动态补偿。有源滤波器与无源滤波器比较：有源相对于无源，谐波治理效果更好，有源主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起共振，安全系数较高。

4我国海上发电发展前景展望

随着传统能源的不断消耗，国际上对探寻新能源的呼声也越来越高，因此我国对新能源发展的支持力度也越来越大，对海上发电的发展也给予了许多的政策倾斜，所以风电的发展十分迅速，可以说发展前景一片大好。目前，海上发电的发展已经初具规模，装机容量不断增加，电能产量不断提高，但在未来的发展过程中，装机容量还要进一步增加，同时要加大力度研发海上发电相关技术，最终保证海上发电效率及其稳定性，最终不断提升海上发电的发电量，这一部分电能也是组成我国电力系统的重要内容。同时海上发电在定价时应引进国外海上发电定价政策，制定一些灵活的定价政策，从而促进海上发电行业的不断发展。国家应制定出专业的海上发电行业技术标准，并对海上发电企业标准进行规范，最终不断升级、完善海上发电企业技术标准，并采用精细管理方式进行管理，最终与国际风电市场进行接轨。

5结语：开发利用海上发电对推动我国能源结构调整大有裨益。作为即将进入全面成熟市场发展阶段的中国，下一阶段的海上发电质量也至关重要。现阶段，我国相关部门加大了对海洋资源的应用力度同时加快了海上工程建设，未来海上发电会获得越来越广泛的建设发展，中国会将成为全球最大的海上发电市场。

参考文献：

[1]苏志斌.配网谐波的危害及抑制方法探讨[J].电子制作，2013（19）.209-209+184.

[2]何瑞花.电力系统谐波的危害与治理[J].科技视界，2015（5）.322-323.

[3]宋夕阳.电力系统谐波的危害与治理[J].智能建筑电气技术，2009，3(5).63-66.