張燕好 江蘇鵬創(chuàng)電力設(shè)計(jì)有限公司
風(fēng)能是重要的清潔能源,屬于可持續(xù)利用能源,但是風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中存在間接性以及不穩(wěn)定性,尤其是風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的時(shí)候很有可能出現(xiàn)突發(fā)狀況,導(dǎo)致電能質(zhì)量下降。因此,在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中,必須要加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用。風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是目前風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的重要技術(shù),可以對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的電壓波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行改善,同時(shí),還能提高風(fēng)電場(chǎng)的母線電壓、發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性,為風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在電氣以及變電工程中電氣設(shè)計(jì)占據(jù)著極其重要的地位,其主要內(nèi)容有電氣主線設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備的選擇和搭配、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)、電氣接地設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要的內(nèi)容。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心發(fā)電不見是風(fēng)力發(fā)電機(jī),其電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是圍繞風(fēng)力發(fā)電機(jī)展開。其中電氣主線設(shè)計(jì)是首要同時(shí)也是主要的部分,主要內(nèi)容有風(fēng)機(jī)組側(cè)接線設(shè)計(jì)和升壓站內(nèi)電氣主接線設(shè)計(jì)。變壓器和箱式變壓器的選擇要注意,當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電時(shí)潮流從風(fēng)電場(chǎng)到電網(wǎng),反之,潮流也相反,通常電壓波動(dòng)較大,需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析選擇合適的變壓器。主設(shè)備和導(dǎo)線的選擇必須注意安全性,要保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。電視設(shè)備的布置要遵循用地少、操作和運(yùn)行簡(jiǎn)便、后期維修和安裝、節(jié)約資源的原則。
在風(fēng)電場(chǎng)中,風(fēng)機(jī)被分為三種類型,分別是直驅(qū)式的同步風(fēng)電機(jī)組、雙饋式的異步風(fēng)電機(jī)組以及和失速式的異步風(fēng)電機(jī)組。(1)異步風(fēng)電機(jī)組(失速式),這種類型的風(fēng)電機(jī)在早期應(yīng)用比較廣泛,它具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小容量等的特點(diǎn),這種風(fēng)電機(jī)采用的是雙速異步電機(jī),可以不受時(shí)間限制的從電網(wǎng)吸收無(wú)功,因此針對(duì)這種類型的風(fēng)電機(jī)補(bǔ)償較大的無(wú)功功率是迫切需要的;(2)異步風(fēng)電機(jī)組(雙饋式),該類型的風(fēng)電機(jī)無(wú)論從建設(shè)方面還是維護(hù)方面成本都非常高,雙饋式的異步風(fēng)電機(jī)組通常采用的是繞線式異步電機(jī),通過(guò)交直交變頻器可以連接電機(jī)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng),從而達(dá)到向電網(wǎng)吸收與發(fā)送無(wú)功功率的目的,同時(shí)還可以控制一定容量的無(wú)功功率,因此,采用這種類型的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng),只需要補(bǔ)償一定量的無(wú)功率即可,也不會(huì)有諧波產(chǎn)生;(3)同步風(fēng)電機(jī)組(直驅(qū)式),這種類型的風(fēng)電機(jī)組最常用的電機(jī)是永磁式的電機(jī),通過(guò)主軸可以將風(fēng)機(jī)葉輪和發(fā)電機(jī)連接起來(lái),可以最大程度的利用風(fēng)能,然而這種風(fēng)機(jī)也相應(yīng)的需要花費(fèi)較高的成本。永磁式的電機(jī)建立磁場(chǎng)是不需要向電網(wǎng)吸收無(wú)功功率的,所以采用這類型電機(jī)的風(fēng)電場(chǎng),補(bǔ)償少量的無(wú)功率也不會(huì)有諧波產(chǎn)生。在風(fēng)電場(chǎng)中,無(wú)功需求通常是:風(fēng)電場(chǎng)輸送出的功率大小常常會(huì)受到風(fēng)速的影響,即小風(fēng)甚至無(wú)風(fēng)時(shí)環(huán)境時(shí),風(fēng)電場(chǎng)輸出的功率就會(huì)變小,此時(shí)的風(fēng)電場(chǎng)需要的激磁功率比較小,相反線路以及電纜需要較大的充電功率,所以要想達(dá)到系統(tǒng)對(duì)功率因數(shù)的要求,通過(guò)補(bǔ)充少量的無(wú)功率即可滿足。風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí),機(jī)組不同對(duì)無(wú)功率的調(diào)節(jié)也是不相同的,因?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)中的變壓器等這些感性設(shè)備需要的無(wú)功率比較大,所以為了維持系統(tǒng)的電壓和功率因數(shù)的正常狀態(tài),需要補(bǔ)充大量的無(wú)功率即可實(shí)現(xiàn)。異步風(fēng)電機(jī)組(雙饋式)可以對(duì)系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié),所以可以起到無(wú)功調(diào)節(jié)的作用。因此這種類型的風(fēng)電機(jī)組可以為風(fēng)電場(chǎng)補(bǔ)充無(wú)功率,當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的調(diào)節(jié)功能不能協(xié)助建立磁場(chǎng)時(shí),只能說(shuō)明一種現(xiàn)象就是有大量的風(fēng)電場(chǎng)一起切入了電網(wǎng),風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)中,風(fēng)電機(jī)的種類,電壓的等級(jí),線路長(zhǎng)度以及風(fēng)電場(chǎng)的短路容量均受限于風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償容量。
電力系統(tǒng)的主要負(fù)載是變壓器設(shè)備、同步調(diào)相機(jī)和異步電動(dòng)機(jī),也是吸收無(wú)功功率的主要設(shè)備。同步調(diào)相機(jī)處于工作狀態(tài)的時(shí)候,同步電機(jī)過(guò)勵(lì)磁可以吸收超前電流,提高電能質(zhì)量。由于該設(shè)備工作所需的功率較大,后期的維護(hù)成本也比較高。
靜止無(wú)功補(bǔ)償簡(jiǎn)稱SVC,是目前應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)。可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的連續(xù)控制,能夠通過(guò)發(fā)出或者吸收無(wú)功功率來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,目前已經(jīng)在石油化工、冶金、風(fēng)電等得到了廣泛的應(yīng)用,有著很大的技術(shù)發(fā)展?jié)摿ΑVC控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是利用的瞬時(shí)無(wú)功理論的算法,快速的實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算,讓后將脈沖形成電路的觸發(fā)脈沖經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換傳遞到脈沖功率單元,通過(guò)調(diào)節(jié)晶夾管導(dǎo)通角的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功輸出容量的控制,可靠性以及抗干擾性非常強(qiáng)。
靜止同步補(bǔ)償器技術(shù)的基本原理是:將補(bǔ)償裝置并聯(lián)到電網(wǎng)中,可以理解為在電路中綁定一個(gè)根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷情況來(lái)控制電流大小的無(wú)功電源,從而對(duì)電氣系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行自動(dòng)控制。靜止同步補(bǔ)償技術(shù)的安全性和穩(wěn)定性較高,而且還能實(shí)現(xiàn)連續(xù)和動(dòng)態(tài)控制。
電力電容器最大的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。主要是通過(guò)機(jī)械設(shè)備的投切以及分接頭轉(zhuǎn)換的方式設(shè)計(jì)來(lái)穩(wěn)定電壓的,并在風(fēng)電場(chǎng)出口出并聯(lián)多個(gè)補(bǔ)償電容器用來(lái)補(bǔ)償異步發(fā)電機(jī)的功率。但是隨著風(fēng)里發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大,機(jī)械投切逐漸的顯示出其調(diào)節(jié)速度慢的特點(diǎn),甚至?xí)霈F(xiàn)失靈的現(xiàn)象。
隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)用,當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為電力行業(yè)中的主要形式。在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中必須要做好無(wú)功補(bǔ)償,盡量減少無(wú)功功率,提高風(fēng)力發(fā)電效率。風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功電壓控制系統(tǒng)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,一個(gè)是集中無(wú)功電壓,一個(gè)是就地?zé)o功電壓,通過(guò)相應(yīng)的技術(shù),對(duì)電壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償目的,是風(fēng)力發(fā)電未來(lái)發(fā)展的主要方向。