屈二行
（身份证号码：610582198803050039）
摘要：风能作为一种可再生的绿色能源，具有无污染、清洁、取之不尽的特点，现在已在多方面得到应用。利用风能进行发电是风能应用的一个重要的方面，风力发电是世界各国面临能源短缺问题采取的一项有效的措施。但是，风力发电过程中风力多变、风速不稳、风向随机等都会影响风力发电机组输出的电能质量，随着风力发电装机容量的不断增加，风力发电使电网面临电能质量、系统稳定等一系列的挑战。本文从当前风力发电行业的发展现状与电能质量研究现状入手，简要介绍风力发电机组电能质量监测系统的构成及监测方法，并提出风力发电机组电能质量的优化措施，以期为风力发电机组电能质量的监测和优化提供参考。
关键词：风力发电机组；电能质量；监测；优化
风能作为一种清洁能源，现在已经在多方面得到应用。我国地域辽阔，风力资源较为丰富，特别是西部地区风力资源最为丰富。风力发电产生的污染少，且风能总量大，我国已在多个地区建立了风力发电场，这不仅减轻了我国面临的能源危机，实现了我国经济的快速发展，同时也符合了我国可持续发展的道路。我国的风力发电行业虽然起步较晚，但得到政府的大力支持而迅速发展，目前我国的风力发电装机容量处于世界的前列。虽然风力发电具有很多的优势，但自身也有很多缺点，如风力多变、风速不稳、风向随机等，为风力发电控制系统增加困难，输出的电能质量也没有水利发电机组输出的电能质量良好。因此，对风力发电机组输出电能质量的监测研究就非常重要，并根据风力发电机组的具体情况采取相应的优化措施，提高风力发电机组的输出电能质量，促进风力发电行业的健康发展。
一、当前我国风力发电行业与电能质量研究的现状
我国的风力发电行业起步于上世纪70年代，1983年我国山东省荣成市从丹麦引进3台55KW的风力发电机组，标志着我国风力发电技术的研究和应用。风力发电在我国得到了飞速的发展，使我国成为世界上风电发展最迅猛的国家之一，总装机容量和每年新增的装机容量都位于世界的前列。
随着风力发电行业的发展，电能质量的研究也在不断的进步。目前在电能质量研究领域常用的分析方法主要有频域法、时域法以及基于变换的其他方法。频域法主要是通过对频率的扫描和对谐波潮流进行计算的方法，其主要的研究对象是谐波。时域法主要是指运用各种时域仿真程序对电能质量中的暂态和谐波进行研究，常用的仿真软件有NETOMAC、EMTP、PSPICE和MATLAB等。基于变换的其他方法则是通过运用小波变换、瞬时无功功率理论和神经网络等方法对谐波的分析，是近期发展最快的电能质量分析方法，对分析电能质量的暂态和谐波都非常有效。同时，电压波动和电压闪变等也是影响电能质量的重要指标，在电能质量的检测过程中也应该注重对其的研究。
二、基于CAN总线的风力发电机组电能质量监测系统
（一）CAN总线电能质量监控系统
CAN总线是由德国BOSCH公司研究并应用于汽车通讯的技术，CAN总线具有数据传输速率高、传输距离长、可靠性和实时性强等特点，现已被广泛应用于工业现场的监控系统中。由于风力发电场所处的环境都较复杂且各个站点的分布散乱、站点之间的距离较远，因此风力发电机组电能质量监测系统的数据传输采用CAN总线能够更好地实现数据传输的高效性，提高电能质量的监测水平。CAN总线的电能质量监测系统由下到上可以分为四层；数据采集层、数据处理层、数据传输层、用户层，所有站点间的数据传输都是通过CAN总线，通过挂于总线上的CAN适配卡形成整个系统的网络，如图1所示
在对风力发电机组电能质量监测中要对上述各项指标进行计算，观察其与国家规定的标准是否符合，若不符则要采取相应的措施消除谐波。
（三）风力发电机组暂态扰动量的监测
所谓暂态扰动量主要是由于风力发电机组在供电过程中的电压出现波动的情况，如供电中断、电压骤升、频率波动等。导致电压出现波动一方面是由于风力发电机组自身系统因素造成的，还有一些是由于外界的干扰和负载变化引起的，电压长时间周期性的变化会对电网和负载产生极大的影响，因此在对电能质量监测的过程中对电压波动的检测也是必要的。在电能质量监测过程中应该注重对供电中断的监测、电压骤升的监测以及频率波动的监测等，并对实时的采样数据进行分析，判断电能质量的情况。
三、风力发电机组电能质量优化措施
（一）风力发电场的电磁兼容措施
由于风力发电场一般所处的环境都较恶劣，且存在大量的电磁干扰，如短路故障、直流回路开关的操作、扰动性负荷以及雷电等，这些因素都会造成设备的损坏或电子干扰，影响电能质量监测系统的正常运行，导致电能质量监测无法进行。因此，做好风力发电机组的电磁兼容工作，能够有效的提高风力发电电能质量监测系统运行的安全性，从而提高电能的质量。
（二）风力发电机的智能控制
风力发电机主要分为定桨距风力发电机组和变桨距风力发电机组两种类型，目前并网用的风力发电机组主要是变桨距风力发电机组，其发电输出的电能质量比定桨距风力发电机组优良，但是其控制系统较为复杂。对风力发电机组的智能控制主要是在额定风速下，根据风速的变化，控制电机的转速使其达到最佳的叶尖速比，实现最大功率跟踪和变速恒频；在额定风速及以上时，通过控制叶片的桨距角和转速，调节其叶尖速比，实现风力机的恒功率和恒频率输出，从而保证风力发电机组的电能质量最高。
（三）其他优化措施
同时，在对风力发电场选址的过程中，应该选择地势平坦、风能丰富、风度变化较小的地区，避开经常发生灾害性天气的地带，将风力发电机组沿盛行风向进行有规则的排列，减小风力发电机组的尾流效应。此外还可以运用电力电子技术在电能输送线路中减小谐波、电压闪变和电压波动对电能质量的影响，从而提高电能质量。
对风力发电机组电能质量的监测，可以更好的实现电能质量的最优化，但是其监测过程比较复杂，需要不断的深入研究，以提供更有效的分析方法和有效的优化措施，提高风电的电能质量，推动风力发电的快速发展。
参考文献：
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[4]汪永智. 风力发电中电能质量监测系统的研究[D].合肥工业大学，2009.
论文作者:屈二行
论文发表刊物:《电力设备》第02期供稿
论文发表时间:2015/9/21
标签：电能论文; 质量论文; 风力发电论文; 风力发电机组论文; 谐波论文; 电压论文; 总线论文; 《电力设备》第02期供稿论文;