风力发电对电网的影响

2024-07-01

风力发电对电网的影响（共8篇）

风力发电对电网的影响篇1

摘要：近年来, 随着社会的不断进步和经济水平的提高, 风力发电凭借着经济实惠和绿色环保的优势在电网运行中得到了进一步的推广运用及发展, 并在电力系统中发挥着极为重要的作用。本文介绍了我国现阶段风力发电的现状, 并就风力发电对电网运行在电网调度、电能质量、电网安全性和稳定性方面的影响进行了分析, 最终提出了电网企业应对风力发电和电网运行之间相互协调、共同发展采取的措施。

关键词：风力发电,电网运行,影响

0 引言

随着风电电源的规模在全网容量的比例上较大幅度的提升, 致使常规电源在电网运行中, 控制与调整的能力都被削弱了, 而风电电源在调压任务、执行系统调配和抑制系统功率震荡等工作上, 很难与常规电源相持平, 因而导致风力发电在电网运行中就比较容易产生许多问题。针对这样的情况, 我国电力企业需尽快实现风力发电的并网运行, 减少风力发电对电网运行的影响, 使风力发电与电网运行能够协调的发展, 进而确保电网企业在效益方面的最大化。

1 我国的风力发电的现状分析

在我国, 风力发电的起步较早, 在产业化方面的发展也比较稳定, 因而风力发电即将成为火力发电和水力发电后的第三个较大的发电电源。从风力发电的技术应用上来说, 我国的风电企业都通过引进国外先进技术并对技术消化吸收, 最终能够把引进的技术经过改革和创新这三个步骤来进行的。

我国风力发电起始于二十世纪的50年代中后期, 自从上个世纪的80年代时引入的55千瓦容量的风电机投入到商业化开始运行后, 经过这些年的发展和进步, 我国在风电市场上已步入了稳定、长久的发展之路。自2009年起, 我国的风力发电机总装机容量大约为2600万千瓦, 居于世界第二, 而新增的容量高达1300万千瓦, 已跃居世界首位。由此可见, 我国电力企业的风电产业已经进入了大跨步发展的一个阶段。

我国的风力发电和电网运行不够协调, 导致风力发电对电网运行造成了极大的影响, 而致使风力发电和电网运行不够协调的原因有三点:风力发电和电网建设的步伐不统一、风电的发展和规划侧重到资源方面的规划和风力发电的调峰容量不够。这些因素都导致了风力发电在电网运行中的影响, 为此, 大部分电网企业都在积极的作出影响分析并采取相应的解决措施。

2 风力发电对电网运行的影响分析

2.1 在电能质量方面的影响

风电机组在输出功率时, 产生的波动性会对其在运行中受到塔影、尾流、和湍流效应造成影响, 导致电压波动、偏差或闪变等现象发生。风力机组中异步的的电动机没有独立装置且网前自身没有电压, 因而在并网运行中有超过额定电流约5倍冲击的电流, 就会导致电压快速下降的情况。同时, 在变速式风电机组里, 大量的电力电子的变频设备产生的间谐波和谐波也会造成电压波形产生畸变, 这些问题都会造成风力发电在电网运行中对电能质量的影响。

2.2 在电网调度方面的影响

我国在风力资源富集的地区, 大部分电网都比较薄弱, 负荷量较小, 因而风电功率在环境的约束下, 在输入时必然要对电网潮流分布进行调整和改变, 这样就对电网节点电压产生了较大影响。风能属于不可控制的能源, 它的间歇性和不稳定性与风电机组的发电量的间歇性和波动性, 且网后风电场又有反调节的特性, 需预留更多的调峰容量和备用电源, 所以加大了风力发电的调度难度, 对电网调度产生了极大的影响。

2.3 在电网安全性和稳定性方面的影响

电网在设计的时候, 没有考虑风力发电机组在接入后, 电网的末端会更改配电网的功率的单向流动这个问题, 导致附近电网的电压超出了安全的范围。且大规模风力发电中的电量在注入电网的时候, 也会影响到电网暂态和频率的稳定性, 同时, 短路的电流一旦超过了附近变电站的开光及母线的设备遮断容量, 也会对电网安全造成一定的影响。

3 电网企业应采取的解决措施

3.1 减少在电能质量方面的影响

电网企业首先应改善及优化电网的结构, 因为并网风力发电机组在公共连接点产生的短路情况的几率越大, 引起电压动、偏差或闪变情况的几率就越小。适合的网线路让有功功率产生的电压的波动可以补偿掉被无功功率产生的电压的波动, 所以, 电网企业可以通过电网线路的调节来减少风力发电在电能质量方面的影响。其次, 电网企业还应着力提高电网电压等级, 改变输电方式, 将高压的输电方式转换为超高压的输电方式, 并设计新输电线路安装到相应自动控制的装置上, 进而最大限度的减少风力发电分配和传输在电能质量方面产生的影响。

3.2 减少在电网调度方面的影响

电网企业应大力加强对电网接纳的研究, 从根本上提升其对风力发电产生的电量的接受能力。同时, 还应掌握电网可以接受的最大限度风电装机的容量, 将其作为在风电并网发展和规划上的参考数据, 以便电网企业能够尽快的完善风力并网的技术评价的机构, 给风电合理接入奠定良好的技术支撑。除此之外, 电网企业还应着力完善在风力发电的并网上电网调度方面的管理措施, 通过风电场风电功率的预测, 合理安排其他的风力发电机组的工作。

3.3 减少在电网安全性和稳定性方面的影响

电网企业应根据风力发电在电网频率控制、运行方式、电压调整、故障水平、潮流分布和安全性及稳定性中的影响, 对其采取针对性的相应解决措施, 大力加强并深入风电能力在电网接纳里的研究, 通过升级改善风力并网, 提高其相应的电力设备的能力, 以期能够增加在风电场周围开关装置的遮断容量。同时, 企业还应加装可以预防电网谐波的重要设备滤波器, 进而确保电网暂态和频率的稳定性及安全性, 减少对电网的安全性和稳定性的影响。

4结论

绿色能源的风力发电是未来利用新能源发电的主流, 电网企业要做到风力发电和电网运行之间相互协调、共同发展, 就应深入的分析当下阻碍风力发电在发展过程中的瓶颈, 并找出根本原因有针对性的给予相应的措施来解决。总之, 电网企业需掌握住风力发展的政策导向和技术特点, 积极解决风力发电对电网运行的影响, 才能实现风力发电与电网运行能够协调的发展。

参考文献

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风力发电对电网的影响篇2

风力发电场对鸟类迁徙的影响分析与对策

摘要：风能资源的地域分布与鸟类迁徙通道重叠,表现为沿海及岛屿、内陆湖泊、水库、沼泽及其它湿地,既是风能资源丰富地区,也是鸟类迁徙的主要通道和停歇地;风能资源的季节分布与鸟类迁徙季节重合.导致风力发电场的兴建对鸟类迁徙带来直接影响.所以,在发展风力发电的.同时,必须注意对鸟类的保护.作者：卞兴忠蒋志学 BIAN Xing-zhong JIANG Zhi-xue 作者单位：卞兴忠,BIAN Xing-zhong(沈阳环境科学研究院,辽宁,沈阳,110016)

蒋志学,JIANG Zhi-xue(辽宁大学,辽宁,沈阳,110036)

期刊：环境科学导刊 Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE SURVEY 年，卷(期)：, 29(4) 分类号：X82 关键词：风力发电风能资源鸟类迁徙

风力发电并网对电网的影响概述篇3

随着风电电源的规模在全网容量的比例上相对大幅度的提高, 造成在电网运行中常规电源, 削弱了控制和调整的能力, 而风电电源在调压任务、实施系统调配与控制系统功率震荡等工作上, 非常难和常规电源相持平, 所以造成在电网运行中风力发电就相对容易形成很多问题。所以我们有必要认识风力发电对电网的影响, 研究有效的应对方法, 维护电网系统的安全运行。

1 风电并网对电网运行的影响

1.1 电力电量平衡

因为不确定性的风电, 造成日电力电量平衡与电源安排特别困难, 随着增加的风电容量, 这些问题将愈来愈明显。在风电预测正确率相对低的状况下, 假如风电功率思考太高也许会导致全网备用不足, 假如思考太低又也许会增加别的常规火电机组深度调峰容量, 甚至造成被迫启停火电机组调峰, 从而带来火电机组大幅度上升煤耗指标。还直接关系到跨省联络线计划执行的是风电预测偏差。至于对风电本身的影响, 假如偏小的风电预测, 在电网调节能力不足的状况下, 将直接导致风电出力受限。

1.2 电压控制难度相对高

风电机组发电的经过中, 因为风速非常难掌握, 并且具备不确定性和不可控性, 因此, 大规模的风电机组会对风电并网形成相对大的影响, 风电并网中会超过指定区域的电压, 这容易引发电网电压波动或者闪络情况。在持续扩大电网的规模, 假如风电出力发生大幅度波动, 会引发输电通道枢纽部位电压的波动, 会关系到电压的控制能力, 也会影响风电并网安全运行的能力。风力发电具备随机性, 在电网中, 中枢点的电压通常波动相对大, 这让中枢点电压越限的概率增加了, 并且会关系到中枢点之间的间距, 让其发生不均等, 通常离风电场接入点部位愈近的中枢点, 发生电压波动的概率和影响愈大。

1.3 在电能质量方面的影响

(1) 影响电能质量和电压波动。风能的不稳定性和其容易关系到发电机组输出功率的波动。造成风电机在运行的经过中也许会受到湍流效应。从而对电网电压导致必然的电压偏差。甚至会发生电压的周期脉动等。 (2) 降低电网电压。并没有单独的励磁装置在风力发电机中异步电动机中, 并网自身没有电压, 在并网的同时需要伴有必然的冲击电流, 这就非常容易造成降低电压。这对电网的稳定是非常不利的。 (3) 容易导致电压波形的畸形。在变速风电机组中, 其运行经过中需要应用很多的电力电子变频设备, 而这会非常容易造成谐波与间谐波的形成, 谐波与间谐波的产生, 对于电压的波形畸形有着非常关键的功能。而这种情况的产生是无法忽视的。

1.4 在电网安全性与稳定性方面的影响

在设计电网的时候, 没有思考在接入风力发电机组后, 电网的末端会让配电网的功率单向流动更改的这个问题, 造成四周电网的电压超出了安全的区域。而且大规模风力发电中在注入电网的电量时候, 也会关系到电网暂态与频率的稳定性, 同时, 短路一旦超过了四周变电站的开光和母线的设备遮断容量的电流, 也会对电网安全导致必然的影响。

2 风力发电的有效控制措施

2.1 优化风电场的规划

在风力发电的经过中, 想要对供电的质量实施提升, 并让风力发电对电网的影响减少, 就一定要对风力发电场实施合理科学的规划, 风力发电场规模的大小不但直接关系到风电的穿透功率, 并且还影响着发电场的流量, 所以一定要增强风电场的规划。当中电网的穿透功率关键是指在电网正常的运行状态中, 电网对风电机容量所可以承受的最大值。而短路容量比则是指电力企业电力体系和风电场所连接短路容量的比值, 短路容量愈小的比值, 就愈强的抗电能力。

2.2 增强风电场的动态特点

在风力发电的经过中, 对风电场本身的动态特点实施持续的提升, 也能够让风电场对电网的影响减少。通常状况下, 其常常应用的办法有:使用优秀的风电机型、应用低电压穿越能力强的设备和能调节的功率线路, 对风电场的动态特点实施增加, 并对电网体系的动态实施有效的完善与优化, 还有提升风电场的功率与优化风电场的运行条件。

2.3 增强控制电压稳定性

(1) 风电并网后, 机组中共同连接点的短路容量比和电网线路X/R比是让风电机组电压常常波动的关键因素之一。所以, 这一比值的提高, 完善之前的电网构造, 选取最好的线路X/R比值, 也就变成了提升电压稳定功能的有效办法。

(2) 使用静止无功补偿器 (SVC) 把风力发电功率波动对于电网电压影响减小。一个发出有功功率、吸收无功功率的特别元件就是风电场, 风电场的电压常常非常低, 尤其是目前的风电场所并的体系电网电压相对低, 又相对小的系统容量, 运用SVC改善体系电能质量与提升体系的稳定性是一个有效的方法。

(3) 风电并网的形式努力研发并更新, 如果能够使用双向晶闸管控制的软启动装置, 经过把风电场并网时的冲击电流掌控在1.5倍左右的额定电流, 从而让原电网体系的冲击减少, 打造一个稳定的并网环境。

(4) 优化风电并网形式。如果在交流并网时, 使用可控硅软并网, 或者基于电压源换流器技术的轻型直流输电技术等, 都是风电并网时相对理想的连接形式, 交流体系的电能质量能够有效的改善并提升并网的稳定性。

3 结语

综上所述, 运用风力实施发电, 不但能够提升人们的环保意识, 并且还能够把电能运行的成本降低, 是将来能源发电的发展趋势。为了在保证电网安全稳定的前提下, 更好的运用能再生的风能, 需要进一步深入研究与专题分析这些影响和相关的对策, 风力发电的并网技术要大力的改善, 尽快拟定风电场并网与运行等技术规范, 调整目前的调度管理方法, 稳步促进风力发电在中国快速有序的发展。

参考文献

[1]张胜男, 潘波.双馈、直驱风力发电机特点分析[J].防爆电机, 2012 (03) :1-6.

[2]王传波, 舒仨东, 毕晓颖.我国风力发电对电网运行的影响[J].华电技术, 2011 (12) .

风力发电对电网的影响篇4

在我国, 风力资源很丰富, 我国的西部等地都具备着良好的风力资源, 风能发电也在不断发展, 技术不断成熟。在这个过程中, 我国所面对的通过风力发电的发展总体呈现了一个可持续发展的良好事态, 在多年的运行分析中, 我们解决了很多问题, 但是现阶段而言, 风力发电最直接的面对问题就是现阶段的并网问题, 因为并网发电就会对我们的整个电网系统有一定的影响, 其干扰的程度也不能够确定, 为此我们通过了解其影响, 来研究有效果的对应的措施, 从而来保障整个我们国家现在的电网运营模式的可行性, 加之能够更加可靠安全的使用风力发电这项技术。

2现阶段的影响

在我国的现阶段的能源危机中, 我们一直在寻找一种可靠的环保的能源再生模式[1], 不仅仅是我们国家, 全世界都致力于做这样一件事情, 风能的快速发展得益于其源源不断的再生性, 我们可以观察看出, 在风能的利用上, 无论是哪个国家都是使用在发电方面最为突出, 其效率和发展速度都是其他形式的发电不能相比较的, 其诸多的优势也是其探索的动力园源泉。但是在我们不断探索的过程中, 风力发电对于我们的电网的影响也存在很多的问题, 所以我们在了解其有事的时候务必不能够遗漏其存在的问题。在现阶段表露出来的现象中, 风力的发电对电网的安全质量和调度方面都有一定的问题存在。

2.1安全问题

在整个发电的过程中, 风电所使用的机组在进行关联的时候会发现功率上的流动单向性的转换, 所以这在电网末端的时候就会容易出现问题, 其性质的改变带动了流向和分布, 如果其风电的电网一旦受到了一定程度的影响, 超过了其负荷的能力, 那么电压所引发的问题甚至可能导致其运作的崩溃, 这样一来风电周围的电量就会缺失。不仅仅如此, 在电网中, 因为使用风力发电就会有源源不断的能力涌入, 这个电量来源于风力, 这样一来所带动的不仅仅是能量的缺失还可能使得整个系统的稳定性下降, 在使用电网的内部频率上也会出现不稳定的情况, 如果一旦频率不稳定, 那么就会衍生出很多问题, 一旦电流产生短路的现象那么整个系统中的变电站母线或者是一些局部的设置[2], 例如各大小的开关等等都很可能出现过度损耗或者直接损坏的现象, 这样一来仅仅降低了其使用的能力更加重要的一点是使得整个电网的安全性打打降低, 所以在整个风电的系统中还有很多遗留的问题要解决, 首要的就是安全性的问题, 只有保障了安全的发电, 其他的一切才有可能。

2.2电网调度问题

根据我们国家的实际情况观察得出, 我国的风能资源分布广泛, 但是具备一定的典型性, 在最具备发电能力的风能上看, 丰富的区位总是地广人稀的区域, 而我们知道电流的不稳定性会使得一切比较难以掌控, 对于那些结构比较薄弱的区域, 可能可负荷的电流比较小, 所以针对这一系列的特点不难看出, 在电网中可能由于潮流原因引起电网电压不稳定, 对于把部分可能电压异常的电流而言, 就存在非常严重的不可控制性, 由于风的速度也不可以控制, 所以在电量和发电的整体系统的运作上看, 是非常依赖于一定时间段内的风力大小和风的速度。而在风的速度上时快时慢有很强力的间歇性, 其不稳定的源泉就会导致整个风力发电的系统波动性比较强。即便这些因素都可控到最小, 系统本身的可以负荷的程度也有待考量, 对于机组本身而言, 在并网之后的可调节能力的强弱也会严重的影响到动力源泉, 对于我们常见的电网存在区域, 常常为了解决这个问题, 需要一定储备的备用电源和可以调节的调峰容量储备。对于电网本身所需要的调度, 也常常就会因为其源泉风力的不稳定而增加了负担。

2.3电能问题

在整个风力发电的弊端中我们可以看到, 不稳定性很直接的影响到了最后电能的方方面面在我们常见的整个机能中, 风电组其不稳定的输出表现中, 功率的波动会出现很多不良的现象, 而这一系列的影响表现主要是由于多重的效用作用, 湍流和塔影和尾端等等都会重叠性的影响着功率, 从而使得我们的电压产生了一定程度的偏差, 除了偏差以外还有其他可能使得电能质量降低的情况出现, 比如较为常见的谐波, 闪变波动等等现象出现。在电动机的使用过程中, 我们常涉及到的异步电动机总是需要面对超过性能的好几倍的电流冲击, 所以在这种情况下, 会缺少自身单独的励磁设备[3]。而在风力的发电过程中, 电力电子设备会大批量的不单一投入使用, 在这个过程中, 我们之前提到的谐波等问题就会进一步放大, 如果在这些作用力的共同作用下, 就很容易使得我们的电压不稳定, 甚至是产生改变, 更可能就会电压畸变, 那么就会很严重的影响到所得的电能的质量。

3可控性的措施

我们针对以上列举的这些问题, 以及在实际操作过程中会面对的更多的关于风力发电的问题, 需要要求我们根据实际的情况, 制定周密的机会来改变现状解决问题, 只有这样我们才能够使得风力发电事业越来越安全可行。

3.1风电场的改良

在所有风力发电的问题中, 我们都需要针对基本的部分首先实行改造, 在这一点上最为突出的就是需要因地制宜的改造我们使用的风电场, 只有解决最基本的问题, 其他的问题才可以改进, 在这些规划中, 我们可以看出一个风电场的大小和其本地的风的速度和能量有很大的关系, 而且这也是提高风电发展对电网的有利影响的关键所在。在这一系列的问题中, 风本身的特定使得我们所获得的风电的功率是穿透性质的, 而且其短路的可能以及比例都是我们需要借此来进行下一步的研究, 为了我们采取这两者作为依靠来评价一个电网的规模。而对于一个电网是否能够承受起能量, 我们需要有一个可行的比例来判断, 在其中风电装机的容量的最大值就是其判断的标准, 在其中我们假设其穿透的功率安全良好, 没有其他的问题出现的情况下, 百分之十在整个风电场的设备或者其他安全因素得以保障的情况下是可取可实施的; 而3-5%的情况下则是我们的经验数据分析, 对于不同的情况下, 我们需要使用不同的模式来考虑分析, 不可以一概而论, 在这其中, 会因为实地的情况差异从来导致我们需要考虑的内容不周全, 在这样的情况下, 如果一旦各个比值设定的不合理, 那么我们再考虑一个风电场的可用规格的时候也就会出现一定程度的约束。

3.2特性的加强

在我们所处理的风电场的问题上, 最首要的就是去加强其本身特别的性质, 这也是长期分析出来的可以降低其对电网的危害和不良影响的最有效的方法之一。增加其动态的特定就是使得整个风电场更加匹配与风的性质。对于那些能够抗干扰能力较弱的机组, 我们应该淘汰, 使用能偶加强抗干扰能力优秀的设备, 在励磁机的上面使用PSS[4], 争取使用优秀的组合搭配来改善整体的稳定性能。

3.3提高电压稳定性

对于电压的稳定是不容忽视的。在实际的操作过程中, 我们如果想要降低电压的不稳定性, 那么就需要设备上选取可以单独调节的设备, 能偶综合的调节功率, 无论是无功率有功率的都需要实现可操作的调节, 在这其中我们主要是用的是SMES装置, 该装置的有点比较突出, 不仅仅可以最高效的转化整个过程, 更可以综合性质的灵活有效地相应整个系统的需求。对于整体的无功补偿装置, 也可以因地制宜的考虑安装在风电场内, 主要集中使用SVG形态的设备, 其补偿值最有意义, 可以有效使得电压稳定, 减少波动。

4结束语

我国现阶段的能源稀缺以及可持续发展的保护环境免受污染的形势, 对可再生的能源进行研究, 致力于通过了解风能的性质, 来了解目前最快速的发电发展的风力发电的现状。我们通过对其现状的分析和了解, 从必要的对其电网的影响考虑出发, 来分析出存在的的控制问题, 提出可建设的意见, 希望可以有助于之后的清洁能源的发展, 对于风力发电的研究和控制方法的实施也能够进一步优化, 只有这样不断的改善, 我们才可以在风能这一个可发展的领域内不断提高, 同时的探索也需要不断跟进, 采取最有利的方式使得弊端弱化, 只有这样我们才可以既满足于国家可持续发展的要求, 又在新能源领域为我们本质的经济发展做出最有意义的贡献。

参考文献

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[3]郝海贤, 陈春, 张士勇.风力发电对盐城电网的影响[J].农村电气化, 2010, (10) :57-59.

风力发电对环境的不利影响篇5

一、风力发电基本原理与发展概况

太阳光从上而下照射大气层, 使之升温, 又由于地球的自转和公转, 地面附近受热不均, 形成大气温差, 引起空气流动。空气在于水平方向之上的流动就形成了“风”。“风”是空气的一种水平运动, 太阳辐射能来源是于太阳内部的氢核的热核聚变反应。只要有太阳的存在, 就能够有风能, 所以广义来讲就是风能属于太阳能的范畴之内。风力发电, 简单来说, 是将风的机械能转化为电能的过程。最简单的风力发电机由可只由叶轮和发电机两部分组成。空气流动形成风, 风具有一定的动能, 风带动叶轮旋转, 风的动能转化为叶轮旋转的机械能, 叶轮再带动发电机的转子旋转, 进而由电磁感应产生电能, 但这样的发出的电的电压和频率显然是不稳定, 风大时, 叶轮转速快, 电压大, 频率高, 无风时甚至没有电压输出, 这样得到的电能不能达到并入电网, 供给用户的要求, 没有实用价值。

1风力发电可能影响气候变化

来自美国卡尔加里大学、普林斯顿大学、卡内基梅隆大学的科学家们使用了两种不同的大气环流模型和几个风力涡轮机和大气边界层相互作用的参数化模型, 通过实验和数据分析, 得出了这样的结论, 虽然就目前世界上风力发电的装机容量来说, 风力发电相比与其他人为因素, 对全球气候的影响可以忽略不计, 但随着风力发电的进一步发展, 到2100年, 如果风力发电能提供全球1/10的用电量, 那么由风力发电可能在高峰季节造成全球品均温度变化0.5K。

2风力发电带来电磁干扰

产生搅扰的机理非常复杂。简略地说, 风轮机叶片能够反射电磁波, 因而, 邻近的接纳设备既能够接纳到直接信号, 也能够接纳到反射信号。因为反射信号既是一个滞后信号 (因为信号传输途径的长度差) , 又是一个移相的信号 (因为叶片的滚动) 。前者对调幅 (AM) 无线电体系的影响更大, 而后者主要影响调频 (FM) 无线电体系。具有强反射才能的金属材料所形成的电磁搅扰问题很明显, 具备强吸收能力的木质材料, 细微的问题比较多。对电磁波具有有些折射性的玻璃强化塑料则介于二者之间。许多通讯频率都会遭到风轮机潜在的影响。在低频段, 波长远大于风轮机的特征尺度时, 对于风轮机的总参数主要影响。在高频段, 波长小于或与风轮机部件具备同样的数量的时候, 叶片的具体的形状也有相应的影响。当波长大于风轮机总高度的4倍以上时, 通讯体系就基本上不受影响了。遭到风轮机搅扰的通讯类型有:电视广播、微波通讯、甚高频全向无线电信标VOR (用于飞机导航) 及外表引导着陆体系。在断定风轮机对无线电信形成的搅扰时, 需求辨识出有关风轮机的参数 (风轮机台数、直径、叶片横截面、转速等) 及有关无线电体系参数 (发射器和接纳器的空间位置, 载波频率、偏振等) 。在风电场计划期间, 就应避开这样的当地。

3风力发电厂对生物及生态的影响

大型风力发电机安装, 对环境的影响要考虑的主要问题之一是它们也许对鸟类形成的损害。当风力机安装在鸟类飞翔通道上, 风机的工作会对鸟类形成损伤, 特别是对夜间迁徙的留鸟, 并且风机的工作也阻碍邻近鸟类的繁衍和栖居。当鸟飞过风电场时, 也许撞在塔架或风轮机叶片上形成伤亡。这种磕碰也许发生在鸟类的本地迁徙活动中 (如往来于歇息地与寻食地、饮水地之间等) , 也许发生在季节性迁徙途中。通常, 前一种迁徙每天都会在低空中发生, 然后一种迁徙每年只发生两次。在迁徙活动密布的区域, 危险更大, 这些区域坐落海岸地带或大湖区, 它们恰恰具有最佳的风力发电条件。

4风力发电也许带来噪音污染

近几年, 风力发电场邻近居民对风力发电机组发生大噪声的投诉、申告不断增加。近年因为风电场噪声投诉事情逐年增多, 较典型的是辽宁省盖州市仙人岛林场员工唐辉状告辽宁营口市风力发电股份有限公司事情。唐辉系辽宁省盖州市仙人岛林场员工, 与老婆、女儿居住在林场内的自建住所, 该房已取得合法产权证。1998年, 辽宁营口风力发电股份有限公司在盖州市仙人岛林场建设风力发电厂, 1999年发电厂1期工程建成, 其间, 2号发电机组坐落唐辉家南100m处。因为该区域全年根本风力在5级以上, 故此, 发电机组很少有因风力小而不能发电的情形, 而发电机组宣布的持续性的噪声, 严重地影响了唐家的正常日子。

二、总体评估

虽然对风力发电环境影响的研究还不够深入, 环境评价机制也还不够完善, 但风力发电项目确实会对生态环境和人们的生活产生一定的不利影响。其中有许多影响是可以通过合理建设规划、开发更加优化的产品、建立健全监管体制、提高相关人员思想意识等等措施来减轻甚至避免的, 而且考虑到风力发电所带来减少排放等诸多有利影响, 风力发电确实是一种较理想的能量来源。但其可能带来的不利影响也不容忽视, 希望能有更多的研究和工作, 使风力发电技术更加优化。

摘要：近年来, 风力发电作为一种清洁能源, 在世界各国迅速发展。在大规模的风力发电给人们带来清洁的能源的同时, 风力发电项目对周围的环境产生了一定的影响, 如带来潜在的气候变化, 影响周围的生物及生态环境, 工作时产生噪音和电磁干扰等等。本文主要对风力发电对环境的不利影响进行简略的介绍, 旨在为改善风力发电技术和工程项目提供参考, 使风力发电的环境友好程度进一步提高。

关键词：风力发电,环境不利影响,对生物及生态的影响

参考文献

[1]项立新.风力发电场环境影响评价初步探讨[J].华东水电技术, 1999 (02) :40-41.

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[3]乔君.黑龙江省电力公司风电发展战略研究[D].哈尔滨工程大学, 2005.

风力发电对电力系统影响探析篇6

关键词：风力,风力发电,发电质量,稳定性

目前, 在国内的各种新能源的开发利用方面, 风能发电的优势进一步彰显。首先由于风能发电在技术上得到长足发展, 效率大大提高, 从而使得风能利用的成本不断降低, 经济效益凸显。其次, 在环境保护方面, 风能是清洁无污染的能源, 在发电过程中不会对周围的自然环境产生较大的影响, 环保效益显著。但是, 在实际的运用过程中, 大规模风力发电与国家电网并网运行仍然存在很多技术问题, 需要进一步研究。本文主要就是从大规模风力发电并网对电力系统的影响研究, 寻找解决问题的有效措施。

一、风力发电并网对电力系统的影响

在国外有很多国家的风力发电系统已经非常成熟地并入其国家电网, 取得了一定的技术成果和经验。但是, 由于我国国家电网和国外的电网系统存在很多不同, 所以很难借鉴到我国的并网运行上来。目前, 风力发电在并网过程中, 主要面临的问题是发电规模、质量以及稳定性等, 需要认真研究。

1. 风力发电的规模设计问题

尽管近些年风力发电在国内迅速发展, 但是总的发电规模以及装机容量与我国国家电网总的装机容量不构成显著的比例, 并没有对电力系统构成什么重大的影响。但是由于我国风力资源的分布集中在西部地区, 那里气候恶劣, 地广人稀, 用电负荷量本来就不高, 一旦大规模进行风力发电的开发运行, 就会对当地的电力系统产生较大的压力, 这就导致对我国风力发电产生严重的制约因素。同时在另一方面, 由于我国西部地区的风力发电, 一般比较受制于气候条件的影响。尽管国内已经为风电场安装风功率预测系统, 但是由于受到自然因素的影响比较大, 电力生产无法得到有效保障, 所以对于国家电网来说, 无法形成有效地电力调配, 这也导致对于当地的电力系统产生很多不确定的影响, 构成安全隐患。这些因素就形成了对于风力发电规模的制约, 需要进行科学的研究和分析, 才能确保进一步扩大风力发电的规模。

2. 电压波动和闪变对发电质量的影响

风力发电最大的影响因素就是风力大小的不确定性, 导致发电机组的运行过程中出现电压波动和闪变等问题, 而电压的波动和闪变就会对电网电能质量产生较大影响, 这就会对整个电网安全和效率构成威胁。同时, 风电发电机组的启动、运行、关闭等操作也会产生电压的波动以及闪变等问题。另外, 如果风电机组中的大功率电力电子器件设计不合理, 就有可能对电网输入谐波电流, 引发电压波的畸变, 从而导致一系列的问题产生。因此, 这些不稳定的电压以及闪变问题, 并网后就会对整个电网的发电质量产生影响, 不利于电网安全、稳定运行。

3. 对电网稳定性的影响

风力发电机组与电网的并网点, 通常位于电网的末端, 这就导致在向电网输电的过程中产生逆向的电流流向和潮流分布的改变, 这是之前没有考虑和遇到的问题, 所导致的结果就是风力发电机组对于周围的局部电站或线路施加相当大的压力, 有可能导致输电线路的崩溃。同时, 风力发电机组向电网发电, 由于是异步发电机组的功率输出, 就会相应地从国家电网吸收无功功率, 为了有效补偿发电机组的无功功率损失, 需要安装动态无功补偿装置 (SVC或SVG) , 或者更为先进的SVG设备来校正。随着风力发电规模的越来越大, 这就导致风力发电机组对于整个国家电网的影响也越来越大, 风力发电机组产生的不稳定性因素对于电网的冲击也在相应地增大, 一不小心就会使得整个国家电网的系统陷入混乱状态, 失去稳定性。

4. 保护装置不能有效运转

在进行风电发电机组的运行过程中, 由于机组受到风速的影响比较大, 经常发生对接触器的损害, 所以要适当安装电动机设备, 在必要的时候进行补充运行, 但是这就导致风力发电机组与国家电网之间的电流有时会出现双向流动。如果风力发电机组的系统设计时, 没有充分考虑到这样的情况, 就有可能对原有的保护装置产生损害。同时在风力发电机组产生短路等各种故障的时候, 没有形成一部分短路电流, 机组的保护装置可以借助这部分电流进行运行, 迅速准确查找故障的原因, 但是这种设计在保护装置起初的设置中没有考虑到, 这就导致保护装置在风力发电系统发生故障的时候不能有效发挥作用。

二、风力发电对电网影响的解决措施

1. 风力发电规模的科学设计

为了有效解决风力发电规模的问题, 需要采取相应的措施, 解决面临的问题, 目前国内外对于风力发电规模的研究, 首先基本上依据风电穿透功率极限与风电场短路容量比这两个指标来判断风力发电规模的大小。在风电穿透功率极限这个概念中, 需要注意风电穿透功率与风电场装机容量和系统总负荷有关, 两者之间的比例就能确定风电穿透功率的大小, 而风电穿透功率极限, 就是风电穿透功率的最大值, 反映出最大的风电场装机容量。在具体的分析过程中, 西方国的一些统计数据, 要求功率达到15%以上就可以建设风力发电设施。另外一个指标就是风电场短路容量比, 其内容包括风电场额定容量与该风电场与电力系统的连接点的短路容量之比。其中短路容量主要表示网络结构强弱情况, 当短路容量小就可以说明该节点与系统电源点的电气距离大, 联系不紧密。风电场接入点的短路容量比大表明系统承受风电扰动的能力弱, 对于短路容量指标在欧洲需要达到4%左右, 日本需要更宽松达到10%左右也是可以的。其次就是需要考虑风电场最大注入功率的影响, 这就需要从风电场的运行特点以及其他设备的调节能力还有网络结构等因素来研究, 发现风电机组的最大注入功率受到风电场接入地区的中枢点电压水平以及风电场接入系统的联络线大小等因素共同影响, 只要提高接入系统的电压调整能力、增加无功补偿量和采用较小的联络线就提高最大注入功率。

2. 增强电能质量

为了有效提高风电系统并网后的电网供电质量, 需要采取有效地措施改善电网结构。并网过后的连接点短路比和电网线路是影响风电系统电压和闪变的重要因素, 其中公共连接点短路比与风电系统的电压波动以及闪变成反比, 短路比越大, 电压的波动和闪变就会越小。同时, 安装合适的电网线路也可以有效降低电压波动和闪变。当然也可以使用电子装置, 降低风电场并网过程对电网造成的影响。

3. 提高电网的稳定性

对于提升整个电网的稳定性, 首先需要通过计算风速和负荷变化对风电场输出有功功率和无功功率影响, 然后安装分组投切电容器, 但是这种电容器不能对连续波动的电压进行有效调节, 还需要安装静止无功补偿器, 这种设备可以有效调节无功补偿功率的大小, 并且针对连续性的电压波动, 提供相应的电压支持, 提升整个系统的性能稳定性。其次, 还需要安装超导储能装置 (SMES) , 这种装置能量密度高, 而且可以快速吞吐有功功率。利用基于GTO的双桥结构换流装置, SMES可以在四象限灵活地调节有功和无功功率, 为系统功率不足的地方提供补偿。这样就可以降低输出功率的波动, 使得电压得到稳定, 提高了电网的稳定性。

4. 保护装置的设计

目前对于保护装置的设计, 首先在安装方面都是从终端变电站安装和整定。其次在具体的过程中, 主要是通过孤岛保护、低压保护等措施来对于发生故障的风电机组进行逐一排除, 断开与电网的联系, 等恢复正常以后, 继续连接使用。最后, 就是由于风力发电的规模越来越大, 可能这种装置的功效的稳定性就会受到较大的影响, 不一定能及时发挥作用。

结论

目前对于风力发电在并网过程中存在的问题, 经过多年的实践总结及吸收国外的一些经验, 已经取得一定的成效, 但是要想发挥好风力发电的功效, 降低对于国家电网的影响, 仍然需要继续不断地研究, 采用新的技术和装备, 更好地使得风力发电对电力系统不会产生太大的影响。

参考文献

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[2]和萍, 文福拴, 薛禹胜, Ledwich Gerard.风力发电对电力系统小干扰稳定性影响述评[J].电力系统及其自动化学报, 2014 (1) :1-38.

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[4]刘韬文, 李孝杰.考虑风力发电的电力系统经济调度[J].变电器, 2007 (12) :276-279.

风力发电对电网的影响篇7

目前世界各国都在加大力度开发风能、太阳能、核能、潮汐能、生物能等新能源。由于风能资源丰富、不污染环境、投资少、风电场运行简单等优点，使得近年世界风电的发展非常迅速。我国也计划到2020年将我国的风电装机容量提高到2 000万千瓦，占到我国发电总装机容量的2%。由于风力的随机性和间歇性，使得风力发电的有功输出亦具有随机性。这样就对电网的参数产生一定影响。尤其是近年来，风电场规模不断增大，风力发电机的单机容量不断增加，已经达到兆瓦级。因此，风电场的并网发电对电网产生的影响就不容忽视。

目前主要的风力发电方式分为恒速恒频和变速恒频两种。恒速恒频风机主要采用异步发电机发电，在风速发生变化时，通过控制回路保持发电机转速恒定，使风机输出频率恒定的电流。这种风力发电方式在风速发生变化时，风能利用效率较低。而采用同步发电机和双馈异步发电机的变速恒频风力发电方式，能够根据风速变化，改变发电机转速，提高风能利用效率。同步发电机的变频装置需要串入电网，变频器容量要和发电机容量相同，成本较高。双馈异步发电机的变频装置通过控制异步发电机的转子回路并入电网，变频器所需容量较小，造价相对较低。因此，近年来采用双馈异步发电机的变速恒频发电方式得到迅速发展[3]。本文主要研究不同发电方式对电网参数的影响，为进一步研究其并网和控制提供依据。并用Matlab/Simulink搭建风机及电网模型，仿真并分析了两种风力发电方式下，风机并入电网后对电网相关参数的影响[4,5,6,7]。

1 风力发电机的数学建模

风力发电机的数学模型主要包括风速模型、风力涡轮机模型、传动机构模型以及同步和异步发电机模型[8]。同步和异步发电机使用Matlab/Simulink中的模块，这里不再建立其数学模型。

1.1 风速模型

风能具有随机性和间歇性的特点，为了较精确的描述风能，本文采用国内外使用较多的风力四分量模型，分别为基本风V1、阵风V2、渐变风V3和随机风V4.

(1)基本风V1：在风轮机正常运行过程中一直存在，基本上反映了风电场平均风速的变化。它可以由风电场测风数据所得的威布尔分布参数近似确定。

式中：1VV基本风速(m/s)，A、K分别为威布尔分布的尺度参数和形状参数;Γ(i)为伽马函数。

基本风速用Simulink中的常量模型模拟如图1。

(2)阵风V2：描述风速的突然变化特性。

其中：

式中：V2,T1G,GT,max G分别为阵风风速(m/s)，启动时间(s)，周期(s)和最大值(m/s)。

取参数T1G=1,GT=1,max G=5，阵风可以用如图2中的Simulink模块搭建：

(3)渐变风V3：描述风速的渐变特性。

其中：

式中：V3,max R,T1R,T2R,RT分别为渐变风风速(m/s)，最大值(m/s)，起始时间(s)，终止时间(s)和保持时间(s)。

取参数max R=5,T1R=1,T2R=2,TR=2,渐变风可以用Simulink搭建模型如图3。

(4)随机风V4：用来描述制定相对高度上风速变化的随机特性，用随机噪声风速成分来表示。

式中:ϕi为0～2π之间均匀分布的随机变量;ωi为第i个分量的角频率;Δω为随机变量的离散间距;KN为地表粗糙系数;F为扰动范围(m2);μ为相对高度的平均风速(m/s);Sv(ωi)为第i个随机变量的振幅。

综合以上四种风速成分，模拟实际作用在风轮机上的风速V为

1.2 风力涡轮机数学模型

风力涡轮机实现风能向机械能的转换，是实现风能发电的重要设备。风轮机主要由叶片、传动轴、齿轮变速箱、发电机、尾翼和塔架等构成。定桨距风轮机一般连接有三个叶片，叶片的形状与曲线按空气动力学原理设计，使得风轮机能够实现风能与机械能之间的最大转换。

风轮机的吸收功率Pw是风速的函数，可以表示为：

式中：Vw为风速(m/s);Cp=f(λ,β)为风能利用系数，为风轮机叶尖速比，β为叶桨距角;ρ为空气密度(kg m3);A=πR2为叶片扫掠面积。

由风力驱动而产生的的叶片转矩可以表示为：

式中：Ma为风轮机叶片转矩(p.u.);R为叶片半径(m);ΩN为风轮机额定机械角速度(rad/s);NP为风轮机额定功率(k W);PN/ΩN为风力机额定机械转矩(N·M)。

根据贝兹极限理论，风能利用系数最大不超过0.593。又由于λ直接影响叶片的能量捕获，只有在λ为某一值时，风能利用系数Cp才能达到最大。对于恒速风轮机，由于叶片转速不变，使得在风速发生变化时，λ不会保持在最佳值，风能与机械能之间的转化效率较低。而变速风轮机可以通过控制机构，根据变化的风速改变叶片转速，从而改变λ值，提高风能的利用效率。

用Simulink搭建风力涡轮机模型如图4所示。

1.3 传动机构模型

风轮机和发电机之间有传动机构连接，传动机构一般由轮毂、传动轴和齿轮箱组成。在建模中，一般用一阶惯性环节表示其特性。传动机构的运动方程可以表示为式(8)ㄢ

式中：Ma为传动机构输入转矩，也即风轮机输出转矩;Mm为传动机构输出转矩;Tk为轮毂时间常数(s)。

传动机构的Simulink模型图搭建如图5ㄢ

2 并网风力发电机模型

2.1 基于Simulink的风力发电机并网模型

通过Matlab/Simulink搭建风电机模型和电网模型并仿真，其中恒速恒频发电方式采用鼠笼式异步发电机，变速恒频发电方式采用永磁同步发电机和双馈异步发电机。三种不同的风力发电形式具体模型搭建如图6所示。

表1显示了本文所要仿真的三种风力发电形式的特性。其中，鼠笼式异步发电机采用恒速恒频发电方式，发电机发出额定线电压为690 V，频率为50 Hz的电能。由于异步机在发出有功同时吸收无功，所以需要无功补偿装置进行无功补偿[15,16]。而永磁同步发电机和绕线式异步发电机，也即双馈异步发电机采用变速恒频发电方式。同步发电机转速随风速变化而变化，经整流逆变装置，永磁同步发电机将发出的电流先经过整流，再逆变为工频电流。而双馈异步发电机的变频装置通过控制异步发电机的转子回路，使发电机发出的定子电流变为50 Hz的电流进行并网。

2.2. 风电机与系统的相关参数

(1)由于仿真结果得出结论的相似性，本文采用风速模型为基本风与阵风的叠加进行仿真。风速输入设为初始基本风速8 m/s，从1 s开始输入阵风，阵风幅值为4 m/s，持续1 s时间;发电机端并联电容器以补偿无功，补偿无功功率为450 kvarㄢ

(2)风力涡轮机参数，取额定风速为12 m/s，额定机械输出容量为1.5 MWㄢ

(3)取鼠笼式异步发电机容量为1.5 MVA，线电压为690 V，额定频率为50 Hz。取永磁同步发电机定子电阻为2.875 0Ω，电磁感应系数0.175 Wb。取绕线式异步发电机的额定功率为1.5 MVA，发电机出口电压有效值为690 V，额定频率为50 Hz。为了减小发电机并网时对电网的冲击，在0.5 s时转速稳定后再并网。

(4)无穷大系统取为110 kV电源经输电线路和变压器降压为35 kV和10 kV后，经过10 kV母线与风力发电机相连接。

3 并网风力发电机的仿真与分析

由已搭建好的风力发电机并网模型，调整参数设置，仿真结果如图7ㄢ

图7为仿真的风速曲线图，0～1 s为恒定风速，1～2 s为在恒定风速基础上加上阵风，仿真风力发电机在风速发生变化时电压、电流、有功和无功功率的变化情况。

从图8的鼠笼式异步发电机的输入机械转矩可以看出，在基本风输入，风力机处于启动阶段时，由于其输出机械转矩与风速的二次方成正比，其输出机械转矩迅速变为一个绝对值较大的负值，风机启动以后，发电机转子处于转动状态，由于惯性作用，此时发电机的输入机械转矩稳定为一个很小的负值。1 s时在基本风速基础上加上了阵风，即周期为2 s的正弦函数，由于风力机输出机械转矩与风速的二次方成正比，此时风力机的输出机械转矩变为周期为1 s的正弦函数。双馈异步发电机的转子转速追踪风速变化，因此发电机的输入机械转矩，也即驱动发电机转动的机械转矩，在一个范围内小幅度的震荡，不断地改变着发电机转子的转速。

由图9可以看出，将风力发电机并入无穷大电网后，由于风力发电机出口额定电压为690 V，即额定相电压约为398 V，所测量的发电机定子电压能很快上升至出口处额定电压，并且处于稳定状态。在出现阵风时，绕线式异步发电机的转速跟随风速变化，提高了风能利用系数，此时发电机吸收的能量处于不断变化过程中，双馈异步发电机的电压和电流也处于波动状态。双馈异步发电机所并电网为无穷大电网，端电压变化范围较小，其输出电流由于输出功率不断变化而有一定波动。

在图10中的双馈异步发电机的并网稳定时间较恒速恒频发电方式的时间长。出现阵风时，在双馈异步发电机的控制环节作用下，发电机吸收能量跟随风速能量变化，其输出能量处于不断的调节中，因此其功率输出图形呈锯齿状，波动幅度较大。

通过以上对恒速恒频和变速恒频发电方式的仿真可以看出，恒速恒频发电方式较稳定，在并网瞬间电压、有功和无功功率波动较小;且当风速在一定范围内发生变化时，风力发电机的发出功率变化很小。永磁同步发电机的变速恒频发电方式，在并网时和风速发生变化时，发出功率变化也很小。绕线式异步发电机的变速恒频发电方式，也即双馈异步发电机，在并网时对发电机发出的电流、有功和无功有很大的扰动;在恒定风速基础上出现阵风时，由于提高风能利用系数，发电机发出的有功和无功也跟随风能变化而变化。

4 结论

近些年，由于变频装置技术的改进和成本的下降，双馈异步发电机成为风力发电机的主要发展方向，双馈异步发电机的变速恒频发电方式，能在风速低于额定风速时，保持最佳叶尖速比，提高风能利用系数，发电机发出的功率能够跟随风的能量变化而变化，提高了风能利用效率。但是需要研究更加理想的控制策略使发电机输出的电压和频率稳定，才能使变速恒频的发电方式并网质量最佳。

摘要：以同步和异步风力发电机为研究对象,分析其在恒速恒频和变速恒频发电方式下,并入配电网后对电网相关参数的影响。通过对风力发电机的研究,建立了风速、风力涡轮机和传动机构的数学模型[1,2],并用Matlab/Simulink搭建风力发电机模型和电网模型。在输入风速发生变化过程中,仿真并观测发电机的输入机械转矩、转速、机端电压和电流,以及发电机输出有功和无功的变化情况。对不同发电方式下的结果作了简单分析,为进一步研究并网和控制技术提供依据。

风力发电对电网的影响篇8

随着中国风力发电产业的发展,高原地区(海拔2 000 m以上)风资源较好的省份,如云南、贵州、青海等地也相继规划了风电场的建设,建设地海拔较高。由于常规风电机组是按海拔2 000 m以下设计的,高原风电场的气候条件与一般风电场有很大差异,风力发电变流器须进行环境适应性改进设计[1,2]。因此,本文根据高原环境的特点,分析了环境对风力发电变流器的影响,提出了风力发电变流器几个方面在环境温度影响下相应的改进方法。

1空气密度变化的影响

中国探明风能理论储量为32.26亿kW,陆地可开发利用风能为2.53亿kW,近海可利用风能为7.5亿kW[3]。中国风能资源丰富的北部、西北大部分为高原环境,如内蒙古、辽宁、青海、新疆的一些地区,以及青藏高原北部风能资源贮备较多的地区,海拔大多数在2 000 m以上[4]。

随着海拔高度的逐渐升高,大气压力和空气密度会随之逐渐降低。在温度相同条件下,空气密度与气压成正比,高原空气密度只有平原地区的75%～80%。根据气体状态方程式求得空气密度与海拔高度的关系式为

$ρ_{Η} = 4.26 ρ_{0} (1 - \frac{α Η}{Τ_{0}}), (1)$

式中:ρH为海拔高度H时的空气密度,kg/m3;ρ0为标准状态下空气密度,海平面在0 ℃条件下空气的密度是1.292 kg/m3;H为海拔高度,m;T0为绝对温度,为273 K;α 为空气温度梯度,约为0.006 5 K/m。

空气密度的减少和气压降低对电气设备的绝缘强度和外绝缘性能等方面都会有较大影响。

1.1风机容量气体输出功率为

P=2ρAdυ3a(1-a), (2)

式中:P为气体的输出功率,kVA;υ为风速,m;Ad为风轮横截面积,m2;ρ为空气密度,kg/m3;a为致动盘处的轴流诱导因子。

由式(2)可知,随着空气密度的降低,大气的输出功率也随之降低。表1为高原环境条件参数。根据表1中空气密度随海拔高度的变化,可以得出大气输出功率的修正曲线。

1.2 绝缘强度

高原环境对绝缘强度的影响主要表现在两个方面:空气压力或空气密度的降低在电场中更容易发生电离,从而导致绝缘性能的下降;气压的降低使在低海拔生产的塑性绝缘材料内的气泡扩张,使绝缘材料局部放电加大,绝缘性能变差,加快老化。

表2为电气间隙海拔高度修正系数。高原环境上的变流器需根据其具体使用地点的海拔高度来确定其绝缘强度,绝缘的电气间隙修正系数按表2进行修正,确定其绝缘介质的电气间隙。

1.3 电晕及放电电压

高原环境对电晕及放电电压的影响主要表现在以下3个方面:高原低气压使高压电器的局部放电起始电压、电晕起始电压降低,电晕腐蚀加重;高原低气压使电力电容器内部气压下降,导致局部放电起始电压降低;高原低气压使避雷器内腔电压降低,导致工频放电电压降低。

应用高原环境中变流器内的电容、压敏电阻、避雷器等应充分考虑高海拔高度低气压带来的放电电压降低的影响。

1.4 开关电器灭弧性能

高原环境对开关电器灭弧性能的影响主要表现在以下3个方面:空气压力或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低、通断能力下降和电器寿命缩短;直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长;直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。

2 温度变化的影响

相同地理纬度的气温随着海拔高度的升高而降低,平均海拔高度每升高100 m,气温约降低0.60 ℃。如海拔高度在4 500 m以上的高原,年平均气温下降到-21 ℃,极端最高气温仅22 ℃,最低气温可达到-40 ℃以下。

随着海拔高度的增加,气温的年平均温差较小,日差较大。由表1可知,海拔变化从0～5 000 m,气温年差平均在50 ℃左右。高原地区早晚和中午的气温差可能会达到30 ℃左右,平原地区一般在15 ℃之内。温度的降低及其日差较大对变流器的结构及材料等方面都会产生较大影响。

2.1 材料

高原环境具有低温、低气压、低空气密度、绝对湿度低、高潮湿、温差大、强太阳辐射、高雷暴等特点。变流器应针对高原环境条件,选用耐候性和结构性能稳定的材料,满足产品性能、安全、可靠性和使用寿命等要求。同时,还需要考虑以下因素:

1) 空气压力或空气密度降低引起低密度、低浓度、多孔性材料(如电工绝缘材料、隔热材料等)的物理和化学性质变化,使塑料制品中增塑剂的挥发加速;内外压力差的增大使气体或液体易从密封容器中泄漏或泄露率增大,间接影响到电气性能。

2) 较大的温度变化使产品外壳容易变形、龟裂,密封结构容易破裂;温差大而且温度变化快使设备表面容易产生凝露,在低气压、污秽等综合作用下,产品外壳绝缘强度急剧下降,极易产生运行电压的绝缘闪络事故。另外,高潮湿环境将造成风机内部凝露,对电气设备绝缘造成影响。

3) 太阳热辐射的增加引起较大的表面附加温升,降低有机绝缘材料的材质性能,使材料变形,产生机械热应力;强紫外线引起有机绝缘材料加速老化,使空气容易电离而导致外绝缘强度和电晕起始电压降低,强紫外线对风机外漆影响严重,风机必须使用抗紫外线漆;塑料绝缘件在强紫外线下老化加快。另外,材料在低温下会变脆,特别是金属材料。

由此可见,选材料时,应采用耐低温配方、对紫外线及宇宙射线不敏感的材料,或选添加紫外线吸收剂的材料,采用对臭氧不敏感的材料。

2.2 产品机械结构和密封

高原环境对产品机械结构和密封的影响如下:

1) 内外压力差的增大使气体或液体易从密封容器中泄漏或泄漏率增大,会影响有密封要求产品的电气性能。

2) 高海拔空气温度的日温差较大,较大的温度变化使产品外壳容易变形、龟裂,密封结构容易破裂。

3) 昼夜温差大使温度变化较快,设备外绝缘表面容易产生凝露,在低气压、污秽等综合作用下,绝缘强度急剧下降,极易产生运行电压的绝缘闪络事故。

总之,应对变流器机柜做密封处理、防凝露设计;采用较高的防护等级,如IP54等;变流器机柜门采用防雨槽结构,避免脏污和液体沉积在密封件上,防止凝露渗入机柜;进出线采用分级套管防护。

2.3 产品温升及除湿

高原环境对产品温升及除湿的影响主要表现在以下3个方面:

1) 空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。

2) 以自然对流、强迫通风或空气散热为主要散热方式的产品,其散热能力下降使温升增加。

3) 高潮湿环境将造成风机内部凝露,对电气设备绝缘造成影响。