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摘要：随着人们生活水平的提高，对电力能源需求不断增涨，新能源的应用迫在眉睫，风力发电技术的出现进一步保障了电力能源的稳定供应，但风电本身具有一定的特性，在接入电网过程中会造成一定影响，如果要实现能源应用效率的提升，还需要加强风力发电相关技术的研究。
关键词：新能源；风力发电；发电技术；风力技术
引言
风力发电技术日趋成熟,电厂容量在不断增加,虽然可以在一定程度上缓解社会生产与电力资源之间的供需矛盾,但是风电总量的增加还是对电网系统产生了一定影响。一般风力发电厂多建设在地广人稀地区,远离供电网中心区域,所需承受的冲击力比较小,在并网时就很容易导致配电网出现谐波污染与闪变问题。并且受风力发电特性影响,其不稳定性也会影响电网整体供电质量。因此还需要加强对风力发电并网技术与电能控制策略的研究。
1我国风力发电技术发展的现状
我国地大物博,风场资源丰富,利用风能可发电量超过10亿千瓦,这些风力资源地区主要分布在地广人稀的地区,例如西北地区、华北、东北以及东南沿海部分地区。我国20世纪实现了对小型发电机的自主研发和批量生产,缓解和满足了农牧民和岛屿地区人们的用电需求。东部沿海地区风能资源丰富,目前许多重大的风力发电设备主要就建于东部沿海地区,很多风力发电设备建于重大的跨海大桥周边,其他主要分布于多风能的丘陵地区。当然,我国风电事业也不是一帆风顺的,前些年由于风电行业的无序发展导致一系列的问题,例如风机事故、弃风限电现象以及产能过剩等问题。之后国家要求各地区相关部门在审核风电项目时,要提交申请给国家能源局,有效地遏制了地方政府无限制风能资源开发,也解决了风能过剩的问题。近两年,部分经营不好实力较弱的风电企业退出市场,我国风电行业走向成熟化,并实现稳定发展的业态。我国目前的风力发电技术主要还是来源于西方先进国家,所以,我国的许多风力发电设备仍处于从国外购入阶段,缺少自主生产重要核心部件的能力。此外,我国风力发电技术单机容量日益增大;风力发电优势很多,虽然前期投入成本较高,但运营成本较低,市场化前景广阔。使沿海地区的可再生能源利用不断提高,降低了对于化石能源的依赖,减少了污染性气体的排放量。
2新能源风力发电相关技术发展问题
随着风力发电的发展，风能转换系统与电网的相互作用将给系统的安全可靠运行带来新的问题。间歇性风电的高渗透可能会对电网产生以下影响：电网稳定性差、低频操作、低功率因数的影响、功率流、短路等。第一，电压工作范围。风力涡轮机需要在典型的电网电压变化范围内运行。为保证电网安全可靠运行，风电场电压(KV)运行电压限值应在国家规定的范围内。第二，率工作范围。风力涡轮机需要在典型的电网频率变化范围内运行。频率容差范围为47.5~51.5Hz。除此之外，公差范围由制造商指定。风力涡轮机应该能够承受0.5赫兹/秒的频率变化。第三，有功功率控制。这是风力发电机根据系统要求调节风力发电机有功功率输出的能力。用于保证系统频率稳定，防止输电线路超载，风力发电机在启动和关闭过程中远离大电压波动和涌流。第四，频率控制。网格代码要求风电场提供频率调节能力，以帮助维持所需的电网频率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆系统频率是系统功率平衡的主要指标。第五，电压无功控制。电网规范要求单个风力发电机通过自动调压器将自身的端电压控制到一个恒定值，并3新能源风力发电相关技术的应用提供动态无功控制能力，使无功平衡和功率因数保持在期望的范围内。风电场的功率因数应保持在0.95落后至0.95领先。
3新能源风力发电相关技术的应用
3.1异步风力发电机组并网技术
这一并网技术相对于同步风力发电机组来说,主要是借助转差率实现对于发电机的运行负荷的调整目标,对于具体的调速精度要求并不高,能够减少相关同步设备安装的繁琐,也可以省去整步操作环节,实现转速的适当调整,保证发电机能够接近同步转速即可。这一并网技术的缺点在于在具体的并网操作中可能会产生冲击电流,且电流过大的情况下,会导致电网电压水平降低,对于电网的安全运行也是不利的。在异步风力发电机组并网技术应用中,需要进行无功补偿,避免抽选磁路饱和和电流增大问题。
3.2同步并网技术
同步发电机机组与风力发电机组保持相同步调,是风力发电并网技术实现的最佳效果。对于风力发电来讲,整个过程并不稳定,受风力、风速、风向等因素影响较大,因此发电转子也会产生较大幅度的摇摆,使得风电并网调速难以满足同步发电机的精度,有非常大的可能会出现失步状况。怎样才能够实现和推广风力发电的同步并网一直都是技术研究要点,目前已经取得了初步效果,可以为风力发电与发电运营提供一定支持。
3.3风电接入电网
风电接入电网的方式特别重要,如果选择的方式有误,那么将会对稳定性造成严重的影响,而选择接入电网的方法都要从容量、输电距离、电压、成本等方面做综合考虑。一般大型风电场和风电站之间的距离都在100km以上,因此从风电场传输出来的电力会有很大损耗,所以风电场中同行都会使用高压供电的方式来减少传输过程中产生的损耗。风电场使用的高压供电共有两种,分别为高压直流电和高压交流电,其中高压直流电分为了电流源型和电压源型两种。高压直流电的缺点是控制系统太过复杂,因此稳定性会有所降低;功率变换器会受距离影响且成本较高。高压交流电的优点是投资成本低,虽然其输电成本要高于高压直流电,但是从整体的效率来看,高压交流电要比高压直流电更有优势。例如有一座风电场其容量为500MW,输电距离为100km,其高压直流电的换流器损耗在6%到10%之间,真实效率在90%以下,高压交流电的效率为92%。但是高压交流电受距离的影响较为明显,随着输电线路的增加,其产生的无用功率也更多,这样在长距离输电以后真实功率会降低很多。另外,高压交流电会在电缆上出现过电压,这样当给电和断电时,电缆面临的风险比较大,特别是当电缆比价弱的时候风险更大,因此如果输电距离大于200km,通常都会使用高压直流电。传统的风电场高压直流电使用的是晶管相控换流技术,通常情况下这种技术会在1000MW以上的远距离输电中使用,在接入电网的时候要通过换流变压器进行连接,为了减少无功损耗,通常都会选择使用电容器或者是调相机。
3.4变速恒频发电
简单来说，该系统的控制方式就是风力机采取变速运行的模式，发电机的转速随风速变化而变化，但可以通过电力电子变换装置得到恒频电能。根据贝兹理论，理想情况下风能所能转换成动能的极限比值为16/27约为59%。恒速恒频发电系统的所采用的风力发电机只能固定在某一转速上，但是风能具有一定的随机性，其能效会受周围环境的影响而变化，所以风力机必定会偏离最佳速度，这就必然会在一定程度上降低发电效率，而变速恒频发电系统就能够在风速变化的条件下，来适当调节转速，从而让其一直保持着在理想的转速下运行，确保发电效率。变速恒频发电系统是目前主流的风力发电机组控制系统，对于风力发电系统而语言，风力发电机组应该尽可能的确保能量转换效率，而变速恒频发电系统主要通过控制电机转矩，来实现高效率的能源转换。
结语
综上所述,风力发电是新能源中的风能在电力领域中的典型应用,为使风力发电的作用得以全面发挥,应当对与之相关的技术进行研究,在此基础上加以合理的运用,从而进一步提升风力发电效率。这对于推动我国风电事业的发展具有重要的现实意义。
参考文献
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论文作者:盛国东
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第07期
论文发表时间:2019/9/3
标签：风力发电论文; 电网论文; 高压论文; 技术论文; 风力论文; 风能论文; 风电论文; 《科学与技术》2019年第07期论文;