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风力发电中电气设计分析刘耘良

发表时间：2021/5/28 来源：《基层建设》2021年第2期作者：刘耘良

[导读] 摘要：近年来，再生能源始终都是我国关注的重点，一直处于积极研发的过程中，目前已经成为能源战略的一个重要的组成部分。

        中交第一航务工程局有限公司总承包分公司 300457
        摘要：近年来，再生能源始终都是我国关注的重点，一直处于积极研发的过程中，目前已经成为能源战略的一个重要的组成部分。风力资源作为一种可再生资源，是当前最具商业化规模开发的资源，我国非常鼓励并且支持风机发电这种清洁能源的开发。基于此，文章对风机发电中电气设计进行分析，以供参考。
        关键词：风机发电；电气设计；清洁能源
        引言
        风电电源在应用中需注重与电网的协同运行，相关的研究包括电网风电接纳能力、风电机组低电压穿越能力等，但这些研究相对独立，对于技术之间的相互影响及制约作用等处于研究的空白阶段。
        1风力发电与电气设计概述及作用
        1.1风力发电概述
        在人口快速增长、工业化迅速推进的背景下，人类社会对能源的需求量不断增多，能源问题也逐渐暴露出短缺的情况，面临紧张严峻的形式，人类不断探索可开发的绿色环保型能源，寻找能够持续应用的新型能源，以代替煤炭、石油等不可再生能源。在这个过程中风能得到关注，作为一个可再生的环保资源，其与煤炭等这些不可再生资源相比，风能能够被得到无限的利用。于是，世界各国纷纷踏入风能的开发与研究中，都开始深入研究风能的开发。由于我国的气候、地形等因素，使得我国的风力资源是十分丰富的，因此风力发电具有良好的发展前景。在风力发电过程中，风速、风向以及风力等都是实时变化的，且过于复杂，这也使得对风能的利用效率仍较为低下。未来，伴随科学技术的快速发展，人们对新技术的了解不断丰富，风力发电的技术也将不断提高，更好地利用风力进行发电。
        风力发电的机组控制技术不断提升，风能采集的效率也正在不断提高，逐渐朝着轻便化的方向发展，不仅风力发电设施设备的施工周期不断地缩短，所需要的土地面积也越来越少，发电机的可靠性也逐渐被提高，故障的概率也将不断得到降低。风力发电带来的经济效益和社会效益越来越高，这也推动了风力发电得到快速的发展。
        1.2电气设计在风电场建设中的作用
        风力发电系统的组成是较为复杂的，包括了很多环节，如发电、变电、输电以及配电等。其主要利用风力发电机将可再生能源风能转化为电能，再依托集电线路将其汇流至风电场内升压站，再通过变电、输电以及配电程序将电能供应到各家各户。这一系列程序是十分复杂的，为了有效地实现最终的功能，在风力发电的系统中，要确保各个环节、不同层次应该具有相应的信息和控制系统，从而全程测量、调节、监控以及保护电能的生产过程，实现全过程的顺畅运行，确保用户能够使用到优质、安全的电能。
        2发展现状
        因为我国人口众多且疆域辽阔，所以随着社会的发展，对于电能的需求也就更加巨大。常规能源的匮乏，使我国对于风能以及太阳能等新能源的开发越来越重视。如今的我国电力系统中，风力发电与太阳能发电占了很大比重，是我国电力系统中极其重要的一部分，且还在不断发展。我国的风力发电技术目前已经领先大部分国家，装机总容量十分庞大，已经达到120000MW以上，相比于此，太阳能发电技术就还不够成熟。
        据有关部门统计，2005—2016年，全球对于新能源的利用情况急剧增加。世界光伏发电量从4TWh增长到328TWh，翻了八十多倍；风力发电产量从104TWh增长到958TWh，也有接近十倍增幅。而在这一过程中，中国所发挥的作用不容忽视。我国的新能源发电量占全球新能源发电量的比重逐渐增大，我国已成为世界新能源发电规模最大、增长最快的市场。我国在这些年间，光伏发电量从全球占比2.2%增长到占比22.9%，几乎翻了10倍。风力发电量占比也从2%增长到24.8%，这一系列数据都体现出了我国对于新能源运用的高度重视。

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        3风机发电中电气设计的基本要求
        3.1满足继电保护运行的要求
        风力发电系统要想高效、合理地开展运行，就需要对继电保护相应设施设备进行关注，提升系统运行的稳定性和安全性。首先，对于保护装置合理工作的基本原则要认真严格遵守，确保具体的配置能够达到相应的要求，满足可靠性、选择性、速动性以及灵敏性这四个基本要求。在实际的实践工作中，要根据电路保护策略的具体特征来有针对性地选择合适的方案。对于相应问题的处理也要加强电路的保护，采取有效的技术措施和管理措施提升保护能力。例如，可以采取在母线桥上装设绝缘热缩保护材料的方式来避免输电线路的出口短路问题。其次，对于110kV以上的电压等级变压器，一旦出现出口短路、近区短路等故障问题，就需要对变压器的油作色谱进行分析。当色谱出现状态异常时，需要对变压器进行停运，以达到对系统保护的目的，确认变压器是否还在合理的运行状态中，同时给出调查报告。可以说，在风力发电中，只有对细节工作进行明确的规范，才能构建起合理性高、适应性强的工作方法，以提升继电保护与安全自动装置的稳定性、有效性。
        3.2关注核心设备的选型，注重质量
        在风力发电系统中，发电机组等设备都十分昂贵，一旦选择就很难再进行更换，因此要从设备选型环节做好设备质量的把控，关注这些供电元件的质量。首先，要加强设备的全过程管理，要从设备的订购环节关注选型工作，确保设备具备应有的特征和细节，达到相应的能力，例如110kV有载调压变压器中降压变压器需要具备67%以上的自冷能力，压侧最好未设置调压线圈，同时要优先选用已经完成专业测验且合格的产品。其次，所购元件要完成出厂检测，确保其性能满足实际工作的要求，同时要对各项试验数据报表进行科学的分析。再次，要多次进行试验对原始数据积累，确保实验数据的准确性和代表性。最后，要对实验数据进行多次对比，以确保其能够正常运行；这类检查工作也要定期开展，以确保供电系统运行状态的良好开展。
        4我国风力发电的发展趋势
        4.1风电技术发展趋势
        针对我国风电技术中存在的问题，风电技术的未来发展趋势主要集中在双馈异步发电技术，直驱式、全功率变流技术，低电压穿越技术，全功率变流技术，提升大型机组关键部件性能，加大大容量直驱风电机组的研发。在机组运行将引入智能控制技术，如研究改进的神经网络最佳功率跟踪控制策略，整机设计中融入智能控制技术。通过风电技术的研发及创新应用，确保我国风电系统和电网的稳定、安全运行。
        4.2加快海上风电发展速度
        海上风速大且稳定，海上风电场年平均利用小时可达3000h以上，年发电量可比陆上高出50%，但是我国海上风电的发展相对落后，主要原因有以下四个方面：一是我国企业不具备发展海上风电的核心技术；二是我国的海上风电的运维成本比较高，需要投入大量的资金建设海上风电项目；三是海上风电的并网送出机制并不完善；四是海上风电在运行管理中需要涉及海洋管理部门、渔业部门等多个领域，协调管理机制不完善。但是由于海上风电具有风能资源丰富、利用小时数高，不占用土地、消纳方便等优点，还需要发展海上风电技术。
        结语
        对于风力发电中电气设计工作，要确保整个电气系统的稳定性，关注运行各个细节，定期开展维修和检查，做到合理设计，满足实际适用的需求，以更好地提升整个电气系统的有效性，推动风力发电经济效益的提升。
        参考文献
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        [2]王广梅,李邵安.基于风力发电中发电系统的研究与设计[J].电子技术与软件工程,2014(3):170.
        [3]吕斌.浅析新形势下电力电子技术在风力发电中的应用[J].工业，2019（2）：285-287.