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风力发电中电气设计要点研究

2021-07-20邹纯超

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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。但我国对风力发电仍然非常重视,并对相关技术加强了研究。基于此,文章对风力发电中电气设计进行分析,以供参考。
1 我国风力发电发展概述

       近年来,由于我国陆上风电的建设技术已日趋成熟,国家风电发展政策逐渐向海上发电倾斜;此外海上风电资源更为广阔。在我国东部沿海的海上,其可开发风能资源约达7.5亿千瓦,不仅资源潜力巨大且开发利用市场条件良好。据国家能源局统计数据显示,2013年以来我国海上风电市场份额稳步提升,2013年海上风电累计装机容量为45万千瓦,仅占总体的0.58%,到2020年上半年增长至699万千瓦,占总体的3.22%。预计未来,海上风电市场份额将进一步提升。近几年我国海上风电发展速度有所提升,发展速度需进一步加快。针对我国风电技术中存在的一些不足,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。

2 我国风力发电电气设计的要点

       2.1 重视制动控制设计

       制动设计是一种保护风力发电机安全运行的一个重要设计,其主要包含三个内容,分别是主控制保护系统、设备自行保护措施以及不受主控制保护系统限制的保护系统。制动控制中对刹车的设置是有明确规定的,至少要保持两套以上,这两套刹车制动装置能够分别独立的运行,以确保其中一套制动装置损坏的情况下,另一套能够被使用,保障整个系统的正常运行。

       2.2 重视正常运行控制功能的设计

       2.2.1 自动启动

       从启动方式上来看,自动起停风机主要分为三种,分别为自动启动、远程控制启动以及控制面板启动。从停机方式来看,自动起停风机也可以分为三种,分别为自动停机、安全停机以及紧急停机。常规情况下,紧急停机是不使用的,只有紧急情况下才能启动,该程序的启动会对发电机组产生不良影响。但是,一旦遇到运行中对整个系统造成严重损失的情况时,就必须实施紧急停机,从而避免更大损失的产生。通过多种刹车动作后自动停机能够将风电机组立刻停止转动。对于整个系统来说,最理想的方式是安全停机。

       2.2.2 软并网技术

       这是风力发电中常用的技术,通过软并网技术,能够有效地对可控硅控件的限流进行控制。在发电机组并网的过程中会产生电流冲击的问题,为了能够减少在并网中出现的强电流来降低对电机的冲击,减少电机的损失,需要采取有效措施以保护发电机组,例如可以利用可控硅控件进行保护。对于可控硅控件的控制,主控系统可以通过模块传递来的信号对可控硅控件进行控制,还可以设置一些开关设备来保护全网的电流正常运行,常用的开关设备有断路器以及接触器等。

       2.2.3 电机切换控制

       可以在小电机中安装可控控件,实现对电流转换的合理控制,确保转换到小电机中的电流在正常运行的范围之内。可控控件的选择性很多,如可控硅就是一种比较好的可控控件。可以在小电机中安装可控硅控件对电流进行调节,为了更好地提升可控硅控件的使用效率,可以在主电路中安装瞬态抑制电路,以避免切换中产生的大电流导致电流上升率和电压上升率产生。

       2.3 重视自动偏航及解缆

       在偏航控制系统中,偏航操作可以根据优先级来执行。可以优先执行被赋予优先级的偏航操作,对于优先级过低的操作系统,可以较后执行,或者直接被屏蔽。对于优先级高、优先级低的将会分别进行处理。在系统非正常运行的时候,自动偏航技术可以对系统中的偏航指令进行自动屏蔽。左偏航和右偏航是偏航的主要两种动作。这两个动作互锁,其目的是为了提高偏航系统的安全性。此外,还需要对风向的变化进行跟踪,以更好地进行侧风保护。解缆系统能够以一个自动的方式进行解缆,如通过纽缆控制器来进行自动解缆。也可以使用开关手动解缆,利用纽缆开关控制即可实现。通过控制器能够将电缆的缠绕程度传递给系统,系统在收到相应的信号时就可以进行解缆了如果电缆缠绕程度非常严重,则会对安全保护系统的警报进行触发,这时发电机组也会紧急停止,此时需要维修人员进行检修。

3 加强风力发电中电气设计质量的措施

       3.1 重视核心设备合理选型工作

       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。

       3.2 重视机组的合理运行

       首先,要认识到风力发电机是一个复杂的系统,对于其系统、子系统以及部件、子部件等都要做好可靠性检测,确保各环节的幼小衔接,使风电厂能够合理接入系统。其次,对于风力发电系统的数据一般使用SCADA数据来记录,当发生工作延时或电路故障时,要通过系统数据辨别故障的来源并及时进行维修。最后,还要对故障的情况按照故障时间、故障等级等进行准确的记录,以提升数据的准确性。

       3.3 满足继电保护运行的要求

       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。

4 结束语

       总之,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。
责任编辑:程玥
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