【正文】 生諧波的范圍內(nèi)，則會產(chǎn)生很嚴(yán)重的諧波問題。第二種是風(fēng)機的并聯(lián)補償電容器可能和線路電抗發(fā)生諧振。這些切換操作引起功率波動，并進(jìn)一步引起風(fēng)電機組端點及其他相鄰節(jié)點的電 壓波動和閃變。塔影效應(yīng)可以用頻率為 3P 倍數(shù)的傅立葉級數(shù)表示 [6]。風(fēng)速 v 的變化是由自然條件決定的，隨機性比較強，且功率與風(fēng)速的 三次方近似呈正比，因此當(dāng)風(fēng)速快速變化時，并網(wǎng)風(fēng)電機組的輸出功率將隨之快速變化。一般而言，有功電流要遠(yuǎn)大于無功電流。主要面臨下面一些技術(shù)問題 并網(wǎng)方式 早期的風(fēng)電場采用的是小型恒速風(fēng)力發(fā)電機， 它的優(yōu)點在于并網(wǎng)研究相對簡單，因為感應(yīng)電機的自然滑動可以輕易的獲得很大的阻尼，往往只需增加少量的額定功率既可產(chǎn)生很好效果；缺點在于它必 然受困于電抗儲能與釋放能量的延時性同并網(wǎng)的瞬時性之間的矛盾。這樣發(fā)電機與風(fēng)力機之間的剛性度大大降低。在產(chǎn)生升力的同時也產(chǎn)生阻力，風(fēng)速也會有所下降。 （ 2） 風(fēng)速隨時變化 ，風(fēng)電機組承受著十分惡劣的交變載荷。其特點是項目規(guī)模和裝機容量較大，發(fā)展速度較快，平均年新增裝機容量 萬 KW，最大單機容量達(dá)到 1300KW。 中國的風(fēng)能資源十分豐富。最近 ,又發(fā)展了無齒風(fēng)機等 ,進(jìn)一步提高了安全性和效率。 2020 年歐洲風(fēng)能協(xié)會和綠色和平組織簽署了《風(fēng)力 12—— 關(guān)于 2020 年風(fēng)電達(dá)到世界電力總量的 12%的藍(lán)圖》的報告，“風(fēng)力 12%”的藍(lán)圖展示出風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為解決世界能源問題的不可或缺的重要力量。第一章 緒論 風(fēng)能是一種清潔的、儲量極為豐富的可再生能源，它和存在于自然界的礦物質(zhì)燃料能源，如煤、石油、天然氣等不同，它不會隨著其本身的轉(zhuǎn)化和利用而減少，因此可以說是一種取之不盡、用之不竭的能源。按照風(fēng)電目前的發(fā)展趨勢，預(yù)計 2020～ 2020 年期間裝機容量增長率為 20%，以后到 2020 年期間為 15%，2017～ 2020 年期間為 10%。 （ 2）風(fēng)電制造企業(yè)集中度較高。根據(jù)全國 900 多個氣象站的觀測資料進(jìn)行估計，中國陸地風(fēng)能資源總儲量約 億 KW，其中可開發(fā)的風(fēng)能儲量為 億 KW，而海上的風(fēng)能儲量有 億 KW，總計為 10 億 KW。 隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟和電力規(guī)模的擴大，風(fēng)力發(fā)電機的功率 在向大型化方向發(fā)展。 （ 3） 風(fēng)電的不穩(wěn)定性會給電網(wǎng)或負(fù)載帶來一定的沖擊影響。升力總是推動葉片繞中心軸轉(zhuǎn)動 風(fēng)力機的功率 風(fēng)的動能和風(fēng)速的平方成正比，功率是力和速度的乘積，也可用于風(fēng)輪功率的計算。換句話說 ,風(fēng)力機和發(fā)電機兩大系統(tǒng)之間是柔性連接的異步發(fā)電機。但目前這個問題已經(jīng)得到解決，因為我們總可以通過吸收電抗儲能的方法來限 制電路中的電壓升高。 由圖 1(b)可見， 是造成電壓降落的主要原因， 垂直，造成的電壓降落可以忽略不計。葉輪轉(zhuǎn)速 ω 和槳距角 β 的變化由風(fēng)電機組類型和控制系統(tǒng)決定，先進(jìn)的控制系統(tǒng)能夠減小風(fēng)電機組輸出功率的波動。由于葉片掃風(fēng)面積內(nèi)垂直風(fēng)速梯度的存在，風(fēng)剪切同樣會引起轉(zhuǎn)矩波動。 諧波污染 風(fēng)電并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)電流質(zhì)量影響主要體現(xiàn)在諧波上。實際運行中，曾觀測在風(fēng)電場出口變壓器的低壓側(cè)有大量諧波的現(xiàn)象。 圖 1 雙饋式異步式風(fēng)電機組 對于直接和電網(wǎng)相連的恒速風(fēng)機，軟啟動階段要通過電力電子裝置與電網(wǎng)相連，因此會產(chǎn)生一定的諧 波，不過因為過程很短，發(fā)生的次數(shù)也不多，通常可以忽略。 （ 2）對地區(qū)電網(wǎng)電壓的影響 風(fēng)電機組的運行特性使得輸出功率呈現(xiàn)波動性變化，對電網(wǎng)電壓造成不利影響，電壓波動和閃變是其中最主要的表現(xiàn)形式。這就要求風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較強的低電壓穿越 (LVRT)能力，同時能方便地為電網(wǎng)提供無功功率支持，但目前的雙饋型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是否能夠應(yīng)對自如，學(xué)術(shù)界尚有爭論，而永磁直接驅(qū)動型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已被證實在這方面擁有出色的性能。這就是在相當(dāng)長的時問內(nèi)，國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機組很少采用同步發(fā)電機的原因。 (3)通過晶閘管軟并網(wǎng)。 IEC 61400—— 21《并網(wǎng)風(fēng)電機組電能質(zhì)量測試和評估》標(biāo)準(zhǔn)中給出了閃變計算與評估方法 。根據(jù)國際電工標(biāo)準(zhǔn) IEC 61000415[10]提供的閃變值算法，由 ufic(t)計算短時間閃變值 Pst,fic。 如果多臺風(fēng)電機組連在公共連接點，則可按下式估計它們在切換操作中引起的閃變 對于多臺風(fēng)電機組連在公共連接點的情況，由于兩臺風(fēng)電機組不可能在同一時間完成切換操作，因此沒有必要考慮多臺風(fēng)電機組引起的相對電壓變動問題。 無源濾波器是通過電容、電抗和電阻等元件串聯(lián)或并聯(lián)，使其在某次諧波產(chǎn)生諧振，使濾波器兩端該次諧波的電壓很小，幾乎接近零，達(dá)到對該次諧波治理的目的。在出力雖風(fēng)速變化，諧波也是在變化的，諧波治理有一定難度，同時無源濾波器可能對某次諧波在某個條件下會起放大 作用，效果會收到限制。 圖 2 有源濾波器原理 用于補償諧波的典型裝置為電力有源濾波器。目前并聯(lián)型占實用裝置的大多數(shù)。 圖 6c 方式下，有源濾波器主要不是用來直接補償諧波，而是用來抑制 LC 濾波器與電網(wǎng)阻抗之間的并聯(lián)諧振，即所謂的諧波放大現(xiàn)象以改善 LC 濾波器的諧波補償效果。由于其所需逆變器的裝置容量很小，一般不超過負(fù)載容量的 3%，因而頗受關(guān)注 。二是增加其他的設(shè)備。 （ 3）儲能技術(shù)的應(yīng)用 在電力系統(tǒng)引入大容量儲能裝置，不僅可以有效減小風(fēng)電對系統(tǒng)的沖擊和影響，提高風(fēng)電出力與預(yù)測的一致性，保障電 源電力供應(yīng)的可信度，還可降低電力系統(tǒng)的備用容量需求，提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性，同時提高電力系統(tǒng)接納風(fēng)電的能力。著眼于這方面，國內(nèi)外的專家學(xué)者從各個方面進(jìn)行了大量的研究，并提出了針對性的解決方案 （ 1）配備充足的無功補償容量 在風(fēng)電場并網(wǎng)運行過程中，異步風(fēng)力發(fā)電機需要從電網(wǎng)吸收無功功率來提供其建立磁場所需的勵磁電流， ，因此要保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運行，為其配備充足的無功補償容量是采取的最主要措施。 注入電路方式的并聯(lián)型有源濾波器將電感和電容作為逆變器注入電路，利用電感和電容的諧振特性，使有源濾波器不承受基波電壓，從而減小逆變器的裝置容量、減小體積、降低成本。 (a)單獨使用的并聯(lián)型有源濾波器 (b)與 LC 濾波器并聯(lián)使用的并聯(lián)型有源濾波器 (c)與 LC 濾波器串聯(lián)使用的并聯(lián)型有源濾波器 (d)單獨使用的串聯(lián)型有源濾波器 (e)與 LC 濾波器混合使用的串聯(lián)型有源濾波器 圖 6a 是電力有源濾波最基本的構(gòu)成方式。其基本原理見圖。這是諧波治理的發(fā)展方向。電力無源濾波器由電力電容器、電力電抗器和電力電阻器按一定結(jié)構(gòu)組合而成。國際電工標(biāo)準(zhǔn) IEC 6100037[11]提供了估算中高壓電網(wǎng)所允許的閃變和電壓變化 最大限值的方法。 根據(jù)服從瑞利分布的風(fēng)速和計