【正文】 圖 31 在故障發(fā)生時(shí)，電網(wǎng)的電壓會(huì)下降，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致功率缺額，如果不對(duì)風(fēng)電場(chǎng)加以控制，甚至?xí)a(chǎn)生“脫網(wǎng)”現(xiàn)象，給處于暫態(tài)過(guò)程中的電網(wǎng)引入了新的沖擊，對(duì)電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性將產(chǎn)生不利影響。這種方式的電力有源濾波器具有連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率的功能，能在補(bǔ)償諧波的同時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率。 用于補(bǔ)償諧波的典型裝置為電力有源濾波器。往往 5 次諧波和 7 次諧波成分較多。 圖 2中的虛擬電網(wǎng)由一個(gè)理想的相對(duì)地電壓源 u0(t)、線路電阻 Rfic和電感 Lfic組成， u0(t)的幅值等于電網(wǎng)相電壓的標(biāo)稱值，相角等于風(fēng)電機(jī)組輸出電壓基波分量的相角，線路阻抗角等于電網(wǎng)阻抗角， im(t)為風(fēng)電機(jī)組輸出電流的測(cè)量值，ufic(t)為計(jì)算出的風(fēng)電機(jī)組的瞬時(shí)電壓。 (2)降壓并網(wǎng)。是對(duì)并網(wǎng)風(fēng)機(jī)在電 網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí)仍保持并網(wǎng)的一種特定的運(yùn)行功能要求。永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所發(fā)電力則通過(guò)背靠背全功率變頻器直接接入電網(wǎng)，該背靠背全功率變頻器由發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、直流環(huán)節(jié)和電網(wǎng)變流器組成。 并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組不僅在持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變，而且在啟動(dòng)、停止和發(fā)電機(jī)切換過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變。風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械功率可以表示為 式中 P 為功率； ρ 為空氣密度； A 為葉片掃風(fēng)面積； v 為風(fēng)速； CP為功率系數(shù)，表示風(fēng)電機(jī)組利用風(fēng)能的效率，它是葉尖速比 λ 和槳距角 β 的函數(shù)，葉尖速比 λ 定義為 式中 ω 為葉輪轉(zhuǎn)速， R 為葉輪半徑。這種變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)不僅能發(fā)有功功率 ,而且還能發(fā)無(wú)功功率 ,且能方便地調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較好的性能。氣動(dòng)升力是由飛行器的機(jī)翼產(chǎn)生的一種力，如圖 14。共建 5 個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，安裝風(fēng)機(jī) 131 臺(tái)，裝機(jī)容量 萬(wàn) KW，最大單機(jī) 500KW。新的風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)和制造廣泛采用了新技術(shù)和新材料，有效地改善并提高了風(fēng)力發(fā)電總體設(shè)計(jì)能力和水平。因此風(fēng)力發(fā)電正越來(lái)越引起人們的關(guān)注。近來(lái)， GE 風(fēng)能（ GE Wind Energy）、德國(guó) REpower（ REpower Systems AG）和三菱重工（ MHI）的市場(chǎng)份額提高迅速。 風(fēng)能發(fā)電的原理和特點(diǎn) 風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來(lái)發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會(huì)增加 8 倍。對(duì)此人們提出了大量設(shè)計(jì)方案，例如在驅(qū)動(dòng)裝置上采用了可拆卸元件，或是使用彈簧調(diào)節(jié)器來(lái)反應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和變速箱結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)矩和輸出功率的波動(dòng)頻率與葉片經(jīng)過(guò)塔筒的頻率相同。 在衡量電流質(zhì)量的指標(biāo)中，對(duì)諧波是用諧波電流含有率定義的，其定義如下： 1 100%nIHR In I?? 其中， 1I 和 nI 分別是基波和 n 次諧波的電流有效值。風(fēng)電這種與生俱來(lái)的特性使得它成為不能進(jìn)行自身調(diào)節(jié)的電源，因此導(dǎo)致了風(fēng)電場(chǎng)和電力系統(tǒng)進(jìn)行能量交換時(shí)存在隨機(jī)性，改變了系統(tǒng)中的潮流分布，增加了接入點(diǎn)電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，影響了電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定性 。風(fēng)電機(jī)組應(yīng)該具有低電壓穿越能力： （ a)風(fēng)電場(chǎng)必須具有在電壓跌至 20%額定電壓時(shí)能夠維持并網(wǎng)運(yùn)行 620ms 的低電壓穿越能力 。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常用的并網(wǎng)運(yùn)行方式如下： (1)恒速恒頻方式。 根據(jù)服從瑞利分布的風(fēng)速和計(jì)算得出的閃變系數(shù)，得到閃變系數(shù)的累積概率分布函數(shù) 為測(cè)量的最終結(jié)果。電力無(wú)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。其基本原理見(jiàn)圖。 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。 （ 3）儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用 在電力系統(tǒng)引入大容量?jī)?chǔ)能裝置，不僅可以有效減小風(fēng)電對(duì)系統(tǒng)的沖擊和影響，提高風(fēng)電出力與預(yù)測(cè)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)提高電力系統(tǒng)接納風(fēng)電的能力。由于其所需逆變器的裝置容量很小，一般不超過(guò)負(fù)載容量的 3%，因而頗受關(guān)注 。目前并聯(lián)型占實(shí)用裝置的大多數(shù)。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(shí)無(wú)源濾波器可能對(duì)某次諧波在某個(gè)條件下會(huì)起放大 作用，效果會(huì)收到限制。 如果多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組連在公共連接點(diǎn)，則可按下式估計(jì)它們?cè)谇袚Q操作中引起的閃變 對(duì)于多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組連在公共連接點(diǎn)的情況，由于兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組不可能在同一時(shí)間完成切換操作，因此沒(méi)有必要考慮多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組引起的相對(duì)電壓變動(dòng)問(wèn)題。 IEC 61400—— 21《并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組電能質(zhì)量測(cè)試和評(píng)估》標(biāo)準(zhǔn)中給出了閃變計(jì)算與評(píng)估方法 。這就是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)問(wèn)內(nèi)，國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組很少采用同步發(fā)電機(jī)的原因。 （ 2）對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓的影響 風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性使得輸出功率呈現(xiàn)波動(dòng)性變化，對(duì)電網(wǎng)電壓造成不利影響，電壓波動(dòng)和閃變是其中最主要的表現(xiàn)形式。實(shí)際運(yùn)行中，曾觀測(cè)在風(fēng)電場(chǎng)出口變壓器的低壓側(cè)有大量諧波的現(xiàn)象。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(huì)引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。 由圖 1(b)可見(jiàn)， 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(jì)。換句話說(shuō) ,風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大系統(tǒng)之間是柔性連接的異步發(fā)電機(jī)。 （ 3） 風(fēng)電的不穩(wěn)定性會(huì)給電網(wǎng)或負(fù)載帶來(lái)一定的沖擊影響。根據(jù)全國(guó) 900 多個(gè)氣象站的觀測(cè)資料進(jìn)行估計(jì)，中國(guó)陸地風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約 億 KW，其中可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能儲(chǔ)量為 億 KW，而海上的風(fēng)能儲(chǔ)量有 億 KW，總計(jì)為 10 億 KW。按照風(fēng)電目前的發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)計(jì) 2020～ 2020 年期間裝機(jī)容量增長(zhǎng)率為 20%，以后到 2020 年期間為 15%，2017～ 2020 年期間為 10%。 2020 年歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)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(bào)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(wèn)題的不可或缺的重要力量。 中國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富。 （ 2） 風(fēng)速隨時(shí)變化 ，風(fēng)電機(jī)組承受著十分惡劣的交變載荷。這樣發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)之間的剛性度大大降低。一般而言，有功電流要遠(yuǎn)大于無(wú)功電流。塔影效應(yīng)可以用頻率為 3P 倍數(shù)的傅立葉級(jí)數(shù)表示 [6]。第二種是風(fēng)機(jī)的并聯(lián)補(bǔ)償電容器可能和線路電抗發(fā)生諧振。 隨著風(fēng)力發(fā)電在整個(gè)系統(tǒng)中所占的比重越來(lái)越大，風(fēng)電不穩(wěn)定的有功功率輸出對(duì)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(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性被破壞，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)解列。并網(wǎng)后若不進(jìn)行有效的控制，常會(huì)發(fā)生無(wú)功振蕩與失步問(wèn)題，在重載下尤為嚴(yán)重。這種方式提高了風(fēng)能的利用率，但需增加實(shí)現(xiàn)恒頻輸出的整流逆變的電力電子設(shè)備 。 為了評(píng)估單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波