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电能质量

From Windpower Guided Tour

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风机和电能质量问题

风机的购买者没有必要去考虑当地对接入电网的风机和其他设备的技术规定。这个责任一般留给风机制造商和当地的电力公司。

对于那些留意技术的人,我们将在这一页讨论一些涉及到风机接入电网的电气技术问题。

电能质量

File:sine.gif

“电能质量”的术语是指电网的电压稳定性、频率稳定性以及尽可能少的各种形式的电力噪声(例如闪变与谐波畸变)。更广义地说,电力公司(及其用户)更喜欢具有良好正弦形态的交流电,如上图所示。(如果你对交流电(AC)的基础不熟悉,在继续阅读之前查阅参考手册会很有用)。

启动(停止)风机

大多数风机电子控制器编入的程序,是使风机在低风速时空载运行而不并入电网。(如果风机在低风速下并入电网,它会实际上作为电动机运行,如在关于发电机一节中读到的)。一旦风力变得足够强劲,使转轮和发电机以其额定转速转动,此时将风力发电机接入电网是十分重要的。

否则在齿轮箱和发电机中,只有机械阻力来阻止转轮加速,最终会导致转速过高。(有几种安全设备,包括失效安全刹车,以防正确的启动过程失败,这部分的内容你可能已经在风机安全章节中读到过)。

晶闸管的软启动

如果你使用普通开关来投切电网上的大型风机,临近用户将会看到一个电压跌落(因为发电机需要电流来励磁),随之是发电机电流涌入电网造成的功率峰值。你可以在相应浏览窗口的图形上看到这一现象,当你操作开关来启动风机时,你会看到电灯的闪烁。同样的效果当你打开电脑时也可能看到,电源端的变压器会在一瞬间被励磁。

使用“硬”开关的另一个缺点是将会导致齿轮箱大量的额外损耗,因为发电机的切入会起作用,正如你突然合上风机的机械刹车时一样。

风机使用的大功率晶闸管在工作时会变得很热。它们必须配备铝散热器和风扇,如右侧图中所示。 摄影Soren Krohn © 1998 DWIA
为了防止这种情况出现,现代风机采用软启动,即,使用晶闸管逐渐与电网连接或断开,晶闸管是一种可以电子控制的半导体连续开关。(实际上你可能自己家就有晶闸管,如果你有一个现代的灯光调光器,它可以持续地调节灯的电压)。

晶闸管会浪费大约1%到2%通过他们的能量。现代风机因此通常装备所谓的旁路开关,即,在风机完成软启动之后触发一个机械开关。用这种方式,浪费的能量被降到最低。

弱电网,电网扩容

如果风机接入弱电网,(即,在距离电网很远的偏远角落变化,功率支持能力较弱),上面所提类型可能会有一些电力不足/功率浪涌问题。这种状况下有必要加强电网,来支撑风机产生的波动电流。

本地的电力公司具有处理这些潜在问题的经验,因为它们是大型电力用户(例如,拥有大型电动机的工厂)接入电网的确定镜像。

闪变

闪变是电网中短时电压变化的工程表达,可能会造成灯泡闪烁。这一现象可能与风机接入弱电网有关,因为短时风力变化会造成功率输出的变动。有很多风机设计方法来应对这一问题,从机械上、电气上以及使用电力电子装置。

防止“孤岛效应”

孤岛效应是一种可能发生的情况,如果电网的一部分与主电网之间断开连接,例如电网中大型断路器意外或有意跳闸(例如由于电网中的雷击或短路)。如果风机在电网的隔离部分持续运行,则很有可能一小段时间之后,两个分离的电网不再同相。

一旦重新建立与电网的连接,可能会在电网和风力发电机内造成具大的浪涌电流。同时也会造成机械传动链(即轴、齿轮箱和风机转轮)巨大的能量释放,与风机“硬投切”至电网时的现象很相似。

因此风机的电子控制器必须持续地监测电网交流电的电压和频率。如果当地电网的电压和频率在若干分之一秒内偏离限值,风机会自动断开与电网的连接,之后立即停机。(通常触发气动刹车,如风机安全章节中所解释的)。

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