风力发电电能质量问题及治理措施浅析

风力发电电能质量问题及治理措施浅析

季洋阳  张鹏

三峡新能源海上风电运维江苏有限公司   224631

摘要：风力发电作为新时代绿色和可持续发展理念在电力产业中的新应用，受到地理和自然条件的多重影响，导致电力生产过程中出现电流冲击、电压波动和杂波等多种问题。为了保证电力系统中的电能质量水平，必须要将风力发电机组作为一个重要组成部分来加以重视，而电能品质控制器则是其主要组成之一。因此，探究如何提升风力发电企业在实际生产活动中电能的质量，以及如何预防、应对和解决风力发电可能出现的各种故障和潜在风险，已经变成了该企业的中心任务。

关键词：风力发电；电能质量；问题；措施

1风力发电系统类型与特点

1.1恒速恒频风力发电系统

在恒速恒频风力发电系统中，通过维持发电机转速的稳定，可以获取与电网频率匹配的电能。该系统由交流励磁机，永磁无刷励磁电动机及控制系统组成。它的构造比较简洁，主要是使用同步电机和鼠笼型感应电机作为发电机。其中，同步电机为转子励磁式结构，鼠笼异步电动机为定子绕组直接绕制而成，它们之间以机械连接方式联接在一起形成一个整体，称为风力机。同步电机的转速是由极对数和频率所决定的，而鼠笼型感应电机的转速稍微超过了同步电机的转速。由于这种特殊形式的发电机组具有良好的调速性能，因此它广泛应用于风能利用、船舶电力推进及海上风电等领域。它的显著特性包括设计简洁、可靠性高、成本低廉以及维护需求较小；其不足之处在于气动效能不高，结构负荷也相对较大，仅能在同步转速下进行操作，而并网操作则相当复杂，风速的变化可能导致其偏离最优运行转速。

1.2变速恒频风力发电系统

变速恒频风力发电系统被认为是风力发电领域的主导系统，它的风力机实行变速操作，发电机的转速会随着风速的改变而变化，并通过电力电子转换设备获得恒定频率的电能。该系统对风电机组进行了模块化设计，并将变桨距控制、双馈异步风力发电机组与直流母线电压协调控制结合起来。当风速发生变化时，该系统能够在捕捉最大风能的同时，调整发电机的转速，从而实现其最大功率输出。因此，变速恒频风电系统具有良好的性能。此外，变速恒频风力发电系统有能力调整其输出的有功和无功功率，从而对电网的功率因数进行补偿。因此，这种技术能够有效地提高风电场的发电量及供电质量，降低风电机组损耗以及维护成本，延长使用寿命。

2风力发电中电能质量问题

2.1电压偏差及电压波动

在风电供电系统的操作中，电压偏差是一个常见的问题，这意味着理论上的偏差与实际操作中的偏差有很大的出入，这不能从根本上确保电力的稳定传输。为此必须要加强风电系统稳定性研究力度，采取适当措施予以解决。在风电并入电网的操作过程中，尽管可以通过并网电容装置进行电压调整，但电容器在切换时可能会遭遇卡顿，这对电力的整体传输效率带来了巨大的挑战。为了确保风力发电机正常运转，需及时采取相关措施降低电压偏差及电压波动性等不良因素产生影响。鉴于发电机组在实际操作过程中的输出和综合效应始终保持在一个变动的区间，受到压力偏移和压力波动的作用，电网在运行过程中的误差也会显著增加。在风的变动过程中，风的速度也会相应地改变，而在风力发电机组的启动和停机阶段，电压的波动也会变得更为显著。

2.2谐波电压与三相不平衡

伴随着我国网络技术的飞速进步，知识的传播变得更加方便，而资源的共享已经成为当前的一个主要趋势。在这种情况下，安全管理人员应该积极地将其运用到日常工作当中。在风电设备中，存在大量的小功率电子组件。当异步机组在实际操作中，其定子变压器可以直接与交流或嵌入式电子系统连接，并进一步连接双向电源或自动转换器，从而实现小电功率的输出。在此情况下，就必须要做好石油天然气输送管线的安全性检测与维护工作，从而实现科学高效地运作。这种发电方法可能会与电网的原始波动产生重叠效应，从而使得电力的输出特性波动更为显著，这无疑会对电能的传输质量产生不良影响。

3风力发电电能质量治理措施

3.1增强对风力发电操作人员的电力质量保证能力

在风力发电机组的电力生产和安全生产中，运营员工起到了关键的人力资源保障作用，他们是确保风力发电机组电能质量的核心参与者。他们的专业技术和维护能力在很大程度上决定了大风发电的电能品质表现。目前国内风力发电行业面临着风能资源分布不均、风电机组故障频发等诸多因素影响，导致风力发电机故障率居高不下，严重制约了风电场经济效益的进一步提高，而经营员工在上述各方面又有着特殊的专业素质要求。因此，风速发电公司应将其经营员工的专业知识需求提升为公司培训的核心战略部分。这包括有针对性地提高员工在风速开发技术、运行保护作业技术和供电网络水平控制等方面的专业知识和能力。这样可以有效地提高员工在风速发电过程中的问题排除、检测、危险剖析和损害修复等方面的专业知识标准，从而为生产风速发电设备等高质量的电能服务提供人才、技术和经营质量等多方面的保障。

3.3优化了风力机组的空间布置和运行方式设计

对于每一台风力发电设备，它们都是整个电力系统的核心部分。只有当这些设备在微观层面达到结构和能力的最优配置时，它们才能在整个电力系统中最大化其经济和生产效益。因此，作为风能发电公司，我们必须根据发电的技术特性、自然风区的实际情况以及发电设备的特性，持续地优化和调整整个机组的布局和能力设计。另一方面，我们也需要从提高风能机组整体电能效率的角度来调整风能机组的布局方式，通过结构调整和系统重构的方法，更好地获取自然风区的稳定和持续利用的风能，从而确保风力机组整体发电的最大效率。因此，本文主要以风电机组为研究对象，结合相关理论，重点分析风力发电机组的优化布局以及如何实现整体发电量最大化等问题。此外，风能发电公司还需根据我国电力市场的特点和发电产品的实际情况，进行设备运营的优化和调整。从提升系统稳定性和每个装置的实用性相结合的角度，提出设备运营的策略，并从多个方面有效地管理风能发电的供电品质。

3.4统一风力发电机组电能质量控制器

风机组在整个系统中还需进行电能品质的集中管理，这将有助于在系统的局部大范围内建立优化电能品质和高效电能生产控制的技术工具及基础设施。为了保证电力系统中的电能质量水平，必须要将风力发电机组作为一个重要组成部分来加以重视，而电能品质控制器则是其主要组成之一。只有配备了统一的电能品质控制器的风力机组，我们才能对额定电流进行合理的补偿，进而降低杂波对风力机组造成的潜在危害。本文针对基于统一的风力机组提出了一种新的电能质量控制技术，这种技术将其作为独立模块集成于电网之中，以满足未来智能电网建设需求为目的，同时也是提高电能传输效率的重要手段。从系统的功能角度看，一个统一的风力机组可以通过电能品质控制器进行综合补偿。这种方式结合了并联补偿和并联补偿的技术，为风力机组、并网设备和供电用户提供了差异化和综合的补偿。特别是对于风能运行网络和供电系统产生的谐波传动冲击，它展现出了卓越的适应能力，从而增强了整体风能运行平台的电能稳定性。

结束语：随着风力发电的规模快速增长，将风电场并入电网已成为电力系统的主要发展方向。随着风电机组单机容量不断增大和接入电网数量增加，风力发电在电能供给方面的优势越来越明显。然而，在风力发电的过程中，产生的电力谐波、电压的波动和闪变等问题，极大地削弱了风力发电的效能。为了提高风电机组工作效率和电能质量，必须采取有效措施对其进行治理与控制。仅当这些难题被妥善处理后，我们才能充分利用风力发电的潜力，确保发电系统的稳定运作。

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