风力发电中的节能设计与应用

风力发电中的节能设计与应用

韩光召  

上海能源科技发展有限公司山西分公司，山西省太原市 030000

摘要：随着低碳生活、节约能源思想的进一步落实，人类对于清洁能源的了解也将逐渐增加，且对于新能源的使用将日益普遍。此外，当前的风能发电技术也越来越完善，风能发电技术具备改变能源格局、节约环保、应用更广泛等优点。因此，在实际应用时，也要充分考虑到种种不利因素，并及时采取预防措施，从而使得风力技术迅速普及。基于此，文章展开分析，期望带来借鉴。

关键词：风力发电；节能设计；应用

1绪论

风力发电是现阶段我国研发的一项新技术，对于我国电力行业的发展与进步都有非常重要的作用。风力发电基本原理是风车的叶片在风力的吹动下转动，叶片转动的动能转换成发动机的动能，发动机的动能最终转化成电能[1]。

2风力发电中的节能技术

确定风力发电节能技术的主要设计方案和设计思路是保证后续工作顺利实施的关键，在实践中不仅要对相关的感应发电机技术设计进行分析，还要对双馈风力机运行和技术设计的主要要素进行研究，以实现更高水平的工作。另外，如何在当前的工作条件下更好地促进节能减排，是一个需要优先注意的事项，也是影响社会发展的关键因素之一[2]。

2.1系统总体设计

风力作为一种洁净而安全的能量，在大自然中可以进行持续补充利用，但其稳定性不强。因此，就需要通过风能机组的无功补偿控制技术对风能机组实现系统动态无功补偿，以有效使用风力资源，降低不必要的能量损失，并进行系统的技术研究与分析。以上海长兴岛的风力电站W2000N-93-80并网式风力机组无功补偿系统为例，在功率计量上，可以采用有功功率和无功功率两种方式。在算法选取上，这个控制系统中通过引进了傅立叶算法，能够极大地增加投切精度，进而改善了投切策略，尽管运算工作量很大，但是却可以对各种电能参数实现了及时监控和管理，以达到最佳效益。而为了实现最合理地控制，可选择优先满足电流的原则，利用电流值高低来确定有无投切电容器，在系统中还引入了无功功率和输出电流综合评定办法作为投切电容组的主要技术基础，以保证实现无功功率的基本平衡。

2.2功率测量原理

W2000N-93-80并网式风力发电机组无功功率的控制器，能够通过快速的使用傅立叶变换对基波电压、电流复数的实部和虚部进行计算，进而对交流的电压、电流等进行计算。研究人员对所得的数据在进行离散傅立叶变换之时，就得到了所有基波分量的频率系数。然后再利用输入讯号和基波电压、电流复数振幅的实部和虚部，可以得到交流电压、交流电流的有效数字。此外，再利用三相三线供电可减少测量时间和运算，先确定一个基准相位，然后同时计算两线电压和两相电流，再通过它们计算出两个相等的有功及无功功率[3]。

2.3控制电路设计

W2000N-93-80并网式风力机组无功功率补偿装置的控制电路，主要是由DSP集成电路、信号控制集成电路和投切检测电路所构成。这种技术主要是通过测量压力和发电机的输出的电流，然后将进行电路调理后的离散化转换数据量提供给DSP并进行分析，从而起到了及时、精确监控的目的。在软件设计中，一般采取模块化软件设计方式以便于软件的扩充、管理与使用。在进行模拟量采集编程时，充分发挥好DSP捕获单元和软件定时器的优点，通过精确地捕捉中断数据实现系统测量。

3风力发电机组接入系统对电网的影响

3.1对电网频率的影响

风力发电机在接通了电网信号以后，对整个电网信号的实际工作的频率也会随之有了一定程度的影响。风电场的电网总体容量构成中占有多少比例决定于对频率的影响的程度，比重越大，对于整个电网频率构成的影响就越大，反之影响则越小。如果系统风场的功率较大，则系统的输出功率会出现波动，甚至影响电网的质量。

3.2对电网电压的影响

将风力发电机连接到电网中，由于风速、风向等大小的变化，会影响电网中的电压，电压不稳定也会对后续的发电产生严重的后果。风机组件的电源必须从电气系统和负载的中心位置移开，这可能会在一定程度上削弱能源与电力系统之间的相互作用。如果此时有大型电力机组脱离电网，那么必然会出现高功率过剩现象，这将使整个系统面临过电压过大的风险。

3.3威胁电网安全

目前，人们在肯定风力发电具有相当大优势的同时，也要注意到它面临的若干问题。由于风电场末端连接变电站到主电网的线路末端，配电系统功率所传递出的电压流向亦会从过去的单一电源的单向电压流向而更多变为单向多电极流向。因此，风电场及其附近地区的高压电网将很容易受到电压超出电网安全运行标准带来的严重影响，甚至有可能会引起电压大幅降低的问题。另外，大量的风电机组流入电网，可能会造成电网频率和稳定性断裂，短时间内电流较大，变电站母线、开关等设备也可能被损坏，对电网安全构成严重威胁。

3.4干扰电网的调度

风能对中国的电力工业做出巨大的贡献，是促进我国社会经济发展进步的最主要的因素之一。在工程实践过程中，风力资源丰富地区的部分地区，往往人口都比较的稀疏。另外，风力可以决定整个发电厂的发电量，而风力模式和波动就会造成风力发电机断电和不平衡，从而为随后的供电调节造成问题。

3.5风力发电节能技术的应用

（1）风力发电从陆地向海面拓展。广阔的海洋资源以及风能的巨大潜力，加快了风能发电从陆地转移到海面的步伐。海洋中丰富的风能资源和现代技术的可行性，使海洋成为一个发展迅速的风能和电力市场。目前，中国辽宁、山东、江苏、广东、海南等地的风力条件独特，如果利用它们进行开发，不仅可以缓解供电电压，而且可以显著减少因火力发电而造成的二氧化碳排放。（2）风力发电技术在农村电力建设中的应用。在西部贫困地区，由于人们生活居住区和常规供电间的距离较远，居民用电极其不便，通过扩大供电范围来缓解供电问题既不实际也不经济。但是，经过调查研究，有关部门发现这些地方大都具有充足的可再生能源资源。所以，为缓解上述地方的电能供应紧张问题，可利用风能发电技术，这不仅可以降低能源成本，还能够为人类建设绿色生态家园。从风能资源的地理分布来看，越偏远、人口越稀少的地方，风能资源越多。在这些人口较少的地区，建造风电场，从而充分利用了大量的风电资源。除了向居住在该地区的居民供电之外，还可以为邻近城镇供电[4]。

3.6风电项目的周边应用持续扩张

随着风电开发工程、技术开发、装备制造、管理等的发展，对中国深化改革、促进区域经济发展起到了重要作用。

结束语

与传统技术手段相比，风能应用广泛，将逐渐成为今后工作的中心。此外，需要注意的是，目前对于风能的建设和发展的影响是被多方认可的，因此，未来有必要对相关行业的发展现状进行研究和分析，以提高风能发电技术的发展和建设水平。

参考文献

[1]厉新栋.风力发电节能减排的几点思考[J].江西电力职业技术学院学报,2022,35(04):4-6.

[2]张建华,谭万红,蔡淑娟等.风力发电节能减排分析[J].绿色环保建材,2017(02):175.DOI:10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.02.152.

[3]陈霖曦.浅谈风力发电节能技术的设计与应用[J].民营科技,2015(06):50.

[4]张鸿洋.风力发电技术现状及发展趋势[J].山东工业技术,2016(01):207.