【正文】 源，受到世界各國的高度重視。 [1] 1 風(fēng)力發(fā)電概述 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望 全球風(fēng)能資源極為豐富，技術(shù)上可以利用的資源總量估計約 53 106 億 kWh /年。風(fēng)電機組的技術(shù)沿著增大單機容量、提高轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展。 （ 3）風(fēng)電電價快速下降。其特點是項目規(guī)模小，單機容量小，最大單機 200KW，總裝機容量 千 KW。風(fēng)輪是風(fēng)電機組最主要的部件，由槳葉和輪轂組成。風(fēng)力機 風(fēng) 輪 的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸與 地面呈水 平 狀態(tài)稱為 水平軸風(fēng)力機 如圖 11； 水平軸風(fēng)力機主要由葉片、輪轂、機艙、 塔架構(gòu)成。 風(fēng)輪從風(fēng)中吸收的功率如下： 3pP C A v?? (2— 1) 2AR?? (2— 2) 式中： P 為輸出功率， pC 為風(fēng)輪機的功率系數(shù)， ρ 為空氣密度， R 為風(fēng)輪半徑， v 為風(fēng)速。異步發(fā)電機的頻率由大系統(tǒng)來決定 ,風(fēng)能的變化將引起異步發(fā)電機轉(zhuǎn)差的變化 ,相應(yīng)地其注入電網(wǎng)的有功和吸收的無功也要隨著風(fēng)速的變化而變化 ,這將導(dǎo)致系統(tǒng) ,特別是風(fēng)電場附近電網(wǎng)母線電壓的波動 ,嚴(yán)重時還可能引起電壓閃變。在適當(dāng)?shù)墓β氏逻@些裝置可以很有效的發(fā)揮作用，使并網(wǎng)成功。當(dāng)并網(wǎng)風(fēng)電機組的輸出功率波動時，有功電流和無功電流隨之變化，從而引起電網(wǎng)電壓波動和閃變。對于三葉片風(fēng)電機組而言，波動頻度為 3P（ P 為葉輪旋轉(zhuǎn)頻率） 時，最大波動幅度約為轉(zhuǎn)矩平均值的 20% 。 除了 塔影效應(yīng)和風(fēng)剪切引起的輸出功率波動外，在風(fēng)電機組輸出功率中還可檢測到頻率為 p 的波動分量，其出現(xiàn)的主要原因可能是葉片結(jié)構(gòu)或重力不完全對稱。 對于風(fēng)電機組來說，發(fā)電機本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，諧波電壓是由電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電力電子控制元件和電容器產(chǎn)生的。 變速風(fēng)電機組采用了電力電子設(shè)備。 （ 1）對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響 風(fēng)電場一般在電網(wǎng)的末端接入，而風(fēng)電場的大規(guī)模異步風(fēng)力發(fā)電機組向電網(wǎng)注入功率時也從系統(tǒng)吸收大量的無功功率，同時風(fēng)電場出力的隨機性造 成了接入點的潮流是雙向流動的，這在原有的電網(wǎng)的設(shè)計和建造時是未曾考慮的。由于風(fēng)電機組投切頻繁，使風(fēng)電場接入系統(tǒng)的潮流處于一個雙向流動的過程，這在一定程度上影響了系統(tǒng)的頻率，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致整個風(fēng)電場突然切除，使得瞬間電源和負(fù)荷失衡，引起電網(wǎng)頻率的降低 研 究顯示風(fēng)擾動的波形和時間長度是對影響電網(wǎng)頻率的兩個主要因素，風(fēng)擾動的波形變化越劇烈 ,對系統(tǒng)頻率曲線的影響越快 ,而風(fēng)擾動的波形峰值越高 ,對頻率曲線的峰值影響越大 。 （ b)風(fēng)電場電壓在發(fā)生跌落后 3s 內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的 90%時，風(fēng)電場必須保持并網(wǎng)運行 。風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)方法有： (1)直接并網(wǎng)。風(fēng)力機組的轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速的波動而變化，始終維持恒轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而輸出恒定頻率的交流電，但具有簡單可靠的優(yōu)點，但是風(fēng)能利用率較低。 考慮到電網(wǎng)中其他波動負(fù)荷可能在風(fēng)電機組公共連接點引起明顯的電壓波動，且風(fēng)電機組引起的電壓波動依賴于電網(wǎng)特性。 為了評估一臺風(fēng)電機組引起的電壓波動，可以根據(jù)下式計算短時間閃變值 Pst和長時間閃變值 Plt 式中 ci(φ k,va)為 單臺風(fēng)電機組的閃變系數(shù)； Sn,i為單臺風(fēng)電機組的額定視在功率； Nwt為連接到公共連接點的風(fēng)電機組的數(shù)目。 在電力系統(tǒng)中，電壓波型是中心對稱的，基本上不含有偶次諧波，存在的諧波主要是奇次諧波，而三、九次諧波可以通過變壓器的Δ繞組進(jìn)行隔離。目前常用的電力無源濾波器有單調(diào)諧濾波器 (Single tuned filter， STF)、高通濾波器 (High pass filter， HPF)等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功率電子元件的成本下降，這一技術(shù)一定會在諧波治理上占主導(dǎo)地位的。 電力有源濾波器能對變化的諧波進(jìn)行迅速的動態(tài)跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到相當(dāng)?shù)闹匾暋?PWM 逆變器并聯(lián)在電網(wǎng)上 ，相當(dāng)于一個受控電流源，產(chǎn)生與負(fù)載諧波大小相同而方向相反的諧波電流，使得電源電流被補償為正弦。 圖 6d 和 e 的有源濾波器均通過變壓器串聯(lián)在電源和負(fù)載之間，相當(dāng)于一個受控電壓源。目前， 一般采用機端并聯(lián)電容、 、靜止無功發(fā)生器（ SVG）、靜止無功補償裝置（ SVC）以及靜止同步補償器（ STATCOM）等來補償風(fēng)力發(fā)電機的無功 （ 2）提高風(fēng)電機組低壓穿越能力風(fēng)電機組的低壓穿越能力（ Low Voltage Ride Through）是指風(fēng)電機組在電網(wǎng)公公連接點電壓跌落時保持并網(wǎng)狀態(tài)并向電網(wǎng)提供一定的無功功率以支撐電網(wǎng) 電壓從而穿越低電壓區(qū)域的能力。應(yīng)用于風(fēng)電場的儲能手段中，抽水蓄能因其常受環(huán)境因素制約，最常見的是鉛酸電池儲能。 目前常用的提高低壓穿越能力的方式有兩種： 一是完善風(fēng)電機組整流器的控制策 略 ， 研究顯示，基于 H 技術(shù)和μ分析法設(shè)計的控制器能有效的提高機組的 LVRT 能力。圖 6e 為與 LC 濾波器混合使用的串聯(lián)型電力有源濾波器，與圖 6c 方式等效。在這種方式下，有源濾波器也可以對無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。并聯(lián)型中有單獨使用、 L濾波器混合使用及注入電路方式。其基本原理見圖。 這種濾波器結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，運行可靠。 因此需根據(jù)每臺機的諧波發(fā)生量，計算出公共接入點上的諧波電壓畸變值和諧波電流注入值，如計算值超過允許值 需要采取措施，通過裝設(shè)濾波裝置使注入電網(wǎng)的諧波電流降低到國標(biāo)允許值內(nèi)，濾波器分為有源濾波器和無源濾波器兩大類。 為了評估單臺風(fēng)電機組引起的電壓波動，可以 根據(jù)下式計算短時間閃變值 Pst和長時間閃變值 Plt 式中 N10為 10min 內(nèi)切換操作次數(shù)最大值； N120為 2h 內(nèi)切換操作次數(shù)最大值。以不同情況下的電壓、電流測量數(shù)據(jù)作為虛擬電網(wǎng)的輸入量，計算出風(fēng)電機組的輸出電壓ufic(t)。這種方式提高了風(fēng)能的利用率，但需增加實現(xiàn)恒頻輸出的整流逆變的電力電子設(shè)備 。由于電阻、電抗器等元件消耗功率，在發(fā)電機并網(wǎng)后，進(jìn)入穩(wěn)定進(jìn)行狀態(tài)時，必須將其迅速切除。并網(wǎng)后若不進(jìn)行有效的控制，常會發(fā)生無功振蕩與失步問題，在重載下尤為嚴(yán)重。目前在一些風(fēng)力發(fā)電占主導(dǎo)地位的國家 ，如丹麥、德國等已經(jīng)相繼制定了新的電網(wǎng)運行準(zhǔn)則，定量地給出了風(fēng)電系統(tǒng)離網(wǎng)的條件 (如最低電壓跌落深度和跌落持續(xù)時間 )，只有當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線以后才允許風(fēng)力發(fā)電機脫網(wǎng)，當(dāng)電壓在凹陷部分時，發(fā)電機應(yīng)提供無功功率。 隨著風(fēng)力發(fā)電在整個系統(tǒng)中所占的比重越來越大，風(fēng)電不穩(wěn)定的有功功率輸出對電網(wǎng)的功率沖擊效應(yīng)也將不斷增大，嚴(yán)重情況下，將會使系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性被破壞，導(dǎo)致整個系統(tǒng)解列。如果電力電子裝置的切換頻率恰好在產(chǎn)