输配电中开关与并网技术探析

风力机发出的电能需要在某一点并入电网，图8-11为与电网相连的两台风力发电机的并网点，图中可看到位于电力塔杆顶部的并网和开关设备。电能由地面的风力机提供，并经电力线到达电力塔杆的顶部，图中的导管用于保护电力线路。

图8-11 风力机和电网之间的电气连接，并网开关位于电力塔杆顶端附近。

风力机与电网相连时，必须有可靠的安全设备来保护设备免受损害和防止人员受到电击。其中一种主要的设备之一为安全断路开关，它可以在电力故障时自动或手动断开电路来保护电力线路或风力机元件，或者从电网中切除或隔离故障元件来实现对故障元件的保护。安全断路器还在风力机需要维护和维修时确保能快速关停并从电网中断开，使风力发电设备与电网隔离，不再向电网注入功率。当电网需要隔离或停电以进行维护的时候，例如大风、冰雹或飓风使得部分电力输电线受到破坏的情况下，必须采用安全断路开关将风力机切出，防止其继续向电网发电，这是至关重要的。

安全设备还必须包括接地装置，接地装置使用一根直接插入地下约8ft的接地棒。在发电系统与大地之间，接地棒提供了一条低电阻路径，以保护发电系统抵御由于雷击或设备故障造成的电流浪涌。接地系统还可以防止风力机周围的金属设备对周围或接触金属外壳的人员造成伤害。如果一条带电导线与没有接地的金属外壳相接触，则该金属外壳就会对人造成严重的电击。如果金属外壳与接地系统相连，只要带电导线与金属接触，接地电流将使导线中的电流迅速上升到熔断器的熔点或电流断路器的动作阈值，从而断开线路。采用这种方式，接地回路可以保证当有不需要或不安全的电压产生时，会形成一个使熔断器或断路器断开的短路条件。

安全装置还有浪涌保护装置，此装置用于保护风力发电设备免受浪涌电流的损坏。风力机与电网失步时会产生浪涌，此外雷击也会引起浪涌。浪涌保护可以隔离或切断浪涌，或直接将多余的能量引入大地。

风力发电系统必须使用一个开关实现同电网的连接与断开。因维修或其他原因需要风力机从电网断开退出运行时，开关移到断开位置，此时风力机便同电网完全断开。当风力机发出的电能满足当前并网所需的电压水平和频率时，开关闭合，将风力机发出的电能输送到电网。如果风速太低不能维持继续发电时，风力机应从电网退出运行，但此时仍然可以允许风力机空负荷运行。(www.xing528.com)

当风速太小不足以使叶片维持正常发电的转速时，如果仍然将风力机并在电网上，则发电机便会从电网中吸收电能，变为电动机；一旦风速增大，叶片的转速也增大，风力发电机就会重新从电动模式转变为发电模式。

一个必须要监测的重要参数是电压相位，这是因为风力发电机的电压相位同电网电压相位非常接近时才可以进行并网。如果发电机并网时，其电压相位与电网电压的相位相差很大，则会产生很大的并网冲击电流，该电流会损坏发电机。

用于风力发电机并网的开关，与电网中其他用于接通和断开电流回路的开关类似。这些开关已应用多年，经过多年的运行经验和不断改进，大多数开关问题已得到解决，已经具有较好的性能。唯一的问题是，相对于常规大型发电设备如核电和火电，风力发电机输出电压的大小和频率不太稳定，变化范围较大。

短路开关也用于某一部分电网为了进行维护或维修而需要停电和隔离的场合。例如，在冰雹或飓风之后，一些地域范围内的大部分电力线路可能会遭到破坏。此时，被破坏的电网部分需要从其他部分切除，以切断所有的电压，保证工作人员的安全。此种操作叫作电气隔离，所有的发电设备，如风力机，都必须从电网中断开和隔离，以确保其发出的电能不会注入到电网而伤害工作人员。

其他安全设备还包括保障风力发电机顺利穿越电网故障（例如低电压）而不会发生跳闸或其他问题的保护系统。安全设备还可以保护频率越限的问题，例如频率高于或低于标准的60Hz。