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正文內(nèi)容

風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-10-02 20:07 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 83。 34 本章小結(jié) 35 5 諧波抑制與無功補(bǔ)償 .......................................................................................................... 36 無功及諧波的危害 36 諧波的 危害 36 無功功率的影響 36 有源逆變器的無功及諧波分析 37 V 無功及諧波的分析 37 諧波抑制的方法 38 無功補(bǔ)償?shù)姆椒? 38 無功補(bǔ)償電容器和 LC 濾波器 39 系統(tǒng)的諧波補(bǔ)償 40 本章小結(jié) 42 6 結(jié)論 ...................................................................................................................................... 43 致 謝 ........................................................................................................................................ 44 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 45 附 錄 ........................................................................................................................................ 47 風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 1 1 緒論 論文直接針對新能源課題中的 MW 級變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)的研制這一研究項(xiàng) 目,主要研究用晶閘管作為電力電子變換元件實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的單機(jī)并網(wǎng)方案和風(fēng)電場集中并網(wǎng)方案。 風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀 ⑴ 風(fēng)電成本逐年降低 盡管風(fēng)電成本受很多因素的制約 ,但其發(fā)展趨勢是逐漸降低的。隨著風(fēng)電技術(shù)的改進(jìn) ,風(fēng)電機(jī)組越來越便宜和高效。增大風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量就減少了基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用 ,而且同樣的裝機(jī)容量需要更少數(shù)目的機(jī)組 ,這也節(jié)約了成本。隨著融資成本的降低和開發(fā)商的經(jīng)驗(yàn)日益豐富 ,項(xiàng)目開發(fā)的成本也相應(yīng)得到降低。風(fēng)電機(jī)組可靠性的改進(jìn)也減少了 運(yùn)行維護(hù)的平均成本。 ⑵ 海上風(fēng)電悄然興起 海上有豐富的風(fēng)能資源和廣闊平坦的區(qū)域 ,使得近海風(fēng)電技術(shù)成為近來研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。多兆瓦級風(fēng)電機(jī)組在近海風(fēng)電場的商業(yè)化運(yùn)行是風(fēng)能利用的新趨勢。到 2020 年末 ,圍繞歐洲海岸線 ,海上風(fēng)電總裝機(jī) 600 MW ,集中在丹麥、瑞典、荷蘭和英國。 風(fēng)力發(fā)電的前景展望 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源,越來越受到世界各國的重視,其在地球上蘊(yùn)量巨大。全球的風(fēng)能約為 109MW,其中可利用的風(fēng)能為 2107MW,比地球上可開發(fā)利用的水能總 量還要大 10 倍。風(fēng)很早就被人們利用主要是通過風(fēng)車來抽水、磨面等,而現(xiàn)在,人們感興趣的是如何利用風(fēng)能來發(fā)電。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從多種結(jié)構(gòu)形式逐步向少數(shù)幾種過渡的過程。 20世紀(jì) 80 年代初期,市場上有上風(fēng)向式和下風(fēng)向式;風(fēng)輪主軸有水平的和垂直的;風(fēng)輪葉片數(shù)有三個(gè)﹑兩個(gè)﹑甚至一個(gè)的;葉片材料有木頭的和玻璃鋼的。到現(xiàn)在只剩下以水平軸﹑上風(fēng)向﹑三葉片的機(jī)組為主,其中又有定槳距和變槳距風(fēng)輪,定轉(zhuǎn)速和變轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī),有齒輪箱和無齒輪箱等幾種。 2020 年全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在去年全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的沖擊下逆勢上漲 31%,新增裝 機(jī)容量為 萬兆瓦,將總裝機(jī)容量推升至 萬兆瓦。全球風(fēng)電裝機(jī)總量預(yù)計(jì)在未來五年增加兩倍至 44700 萬千瓦,且可能在十年內(nèi)擴(kuò)大至近 100000 萬千瓦。 2020 年,中國的漲幅引領(lǐng)全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè),其新增裝機(jī)容量超過 100%,從 2020 年風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 2 的 萬兆瓦上漲到 2020 年底的 萬兆瓦,新增裝機(jī)容量達(dá)到 萬兆瓦。同年,美國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的漲勢也強(qiáng)勁,其新增裝機(jī)容量上漲 39%,約為 1 萬兆瓦,總裝機(jī)容量達(dá)到 萬兆瓦。歐洲新增裝機(jī)容量上漲 萬兆瓦,達(dá)到 萬兆瓦。其中,西班牙新增容量達(dá)到 2460MW,德國達(dá)到 1920MW。 以歐美等發(fā)達(dá)國家為代表,全球風(fēng)電呈現(xiàn)出規(guī)模化的發(fā)展態(tài)勢。據(jù)預(yù)測,未來五年,全球風(fēng)電仍將保持 20%以上的增長速度。截止 2020 年底,全球風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到 億。 最后,從政策上來了解各國對發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的態(tài)度。為促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展,世界各國政府特別是歐美國家出臺了許多優(yōu)惠政策,主要包括有 :投資補(bǔ)貼、低利率貸款、規(guī)定新能源必須在電源中占有一定比例、從電費(fèi)中征收附加基金用于發(fā)展風(fēng)電、減排 C02獎(jiǎng)勵(lì)等。歐洲的德國、丹麥、荷蘭等采用政府財(cái)政扶持、直接補(bǔ)貼的措施發(fā)展本國的風(fēng)力發(fā)電事業(yè) 。美 國通過金融支持,由聯(lián)邦和州政府提供信貸資助來扶持風(fēng)力發(fā)電事業(yè) 。印度通過鼓勵(lì)外來投資和加強(qiáng)對外合作交流來發(fā)展風(fēng)力發(fā)電事業(yè) 。日本采取的措施則是優(yōu)先采購風(fēng)電。多種多樣的優(yōu)惠政策促進(jìn)了各國風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展。 我國風(fēng)電發(fā)展概況 我國現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的開發(fā)利用起源于 20 世紀(jì) 70 年代初。經(jīng)過初期發(fā)展﹑單機(jī)分散研制﹑示范應(yīng)用﹑重點(diǎn)攻關(guān)﹑實(shí)用推廣﹑實(shí)用化和標(biāo)準(zhǔn)化幾個(gè)階段的發(fā)展,無論在科學(xué)研究﹑設(shè)計(jì)制造,還是試驗(yàn)﹑示范﹑應(yīng)用推廣等方面均有了長足的進(jìn)步和很高的提高,并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。截至 2020 年底, 全國累計(jì)生產(chǎn)離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 18 萬多臺。 1986 年 4 月,中國第一個(gè)風(fēng)電場在山東榮成并網(wǎng)發(fā)電, 3 臺 55KW 機(jī)組是由航空部和山東省由丹麥引進(jìn)的,同年 10 月作為國際科技合作項(xiàng)目,利用比利時(shí)政府贈送的 4臺 200KW 機(jī)組建成平潭示范風(fēng)電場。從 1989 年起全國各地陸續(xù)利用外國政府贈送或優(yōu)惠貸款引進(jìn)機(jī)組建設(shè)風(fēng)電場,裝機(jī)容量逐年增加, 2020 年底全國共有 26 個(gè)風(fēng)電場,裝機(jī)容量達(dá)到 萬千瓦。 1997 年當(dāng)年裝機(jī)超過 10 萬千瓦,達(dá)到一個(gè)高峰。 2020 年以后中國風(fēng)力機(jī)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。 2020 年中國成為第一大風(fēng)電 裝機(jī)市場,新增裝機(jī)容量為 1375 萬千瓦,增長率連續(xù)6 年超過 100%,成為增長速度最快的國家。累積裝機(jī)容量達(dá)到 2580 萬千瓦,超過德國,位列全球第二。 2020 年我國的兆瓦級風(fēng)力機(jī)占據(jù)了市場的主導(dǎo)。 2020 年新增裝機(jī)的單機(jī)平均容量為 ,而 2020 年的數(shù)字變成了 ,并且去年兆瓦級風(fēng)力機(jī)的市場份額占到了86%,其中 67%在 以上。截至 2020 年底,我國風(fēng)電并網(wǎng)總?cè)萘窟_(dá) 1613 萬千瓦,同比增長 % .其中, 2020 年風(fēng)電電量為 269 億千瓦時(shí),同比增長 %,占總電風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 3 量的 % 。我國已建立起了兩百多個(gè)風(fēng)電場,風(fēng)電場的迅速發(fā)展帶動了風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和風(fēng)能技術(shù)的進(jìn)步,我國已能自行研制兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,最大功率達(dá)到 ,并且開始規(guī)劃海上風(fēng)電項(xiàng)目。 我國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展前景廣闊,預(yù)計(jì)未來很長一段時(shí)間都將保持高速發(fā)展,同時(shí)盈利能力也將隨著技術(shù)的逐漸成熟穩(wěn)步提升。在 “十二五 ”期間,我國風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)速度仍將繼續(xù)保持較快增長,風(fēng)電場建設(shè)、并網(wǎng)發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等領(lǐng)域已成為投資熱點(diǎn),市場前景很好。預(yù)計(jì)到 2020 年,將在新疆﹑甘肅﹑內(nèi)蒙古﹑河北﹑東北以及江蘇沿海等地建立 6 個(gè)千萬千瓦風(fēng)電基地 ,在河北﹑內(nèi)蒙古﹑遼寧等地建立若干百萬千瓦風(fēng)電基地。 大型并網(wǎng)風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀及主要問題 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可分為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是自然風(fēng)吹動風(fēng)力機(jī) ,經(jīng)齒輪箱升速后驅(qū)動異步發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。目前國內(nèi)外普遍使用的是水平軸、上風(fēng)向、定槳距 (或變槳距 ) 風(fēng)力機(jī) ,其有效風(fēng)速范圍為 3~ 30 m/ s ,額定風(fēng)速一般設(shè)計(jì)為 8~ 15 m/ s ,風(fēng)力機(jī)的額定轉(zhuǎn)速大約為 20~ 30 r/ min 。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)的發(fā)展依賴于大容量電力電子技術(shù)的成熟 ,從結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方面可分為直接驅(qū)動的同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。在風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動同步發(fā)電機(jī)構(gòu)成的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)中 ,風(fēng)力機(jī)直接與發(fā)電機(jī)相連 ,不需要齒輪箱升速 ,發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化 ,通過交 直 交或交 交變頻器與電網(wǎng)相聯(lián) ,在電網(wǎng)側(cè)得到頻率恒定的電壓。雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)包括繞線式異步發(fā)電機(jī)、變頻器和控制環(huán)節(jié) ,其定子繞組直接接入電網(wǎng) ,轉(zhuǎn)子采用三相對稱繞組 ,經(jīng)背靠背的雙向電壓源變頻器與電網(wǎng)相連 ,給發(fā)電機(jī)提供交流勵(lì)磁 ,勵(lì)磁頻率即為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻 率。 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率的解耦 ,降低了風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)之間的相互影響 ,但是它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、技術(shù)難度大。但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ,變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也將進(jìn)一步成熟。特別是雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī) ,不僅改善了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行性能 ,而且大大降低了變頻器的容量 ,至今已逐漸發(fā)展成風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的主流。 恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、過載能力強(qiáng)以及運(yùn)行可靠性高等優(yōu)點(diǎn) ,是過去幾年主要的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。但是在恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中 ,一方面 ,風(fēng)電機(jī)組直接與電網(wǎng)相耦合 ,風(fēng)電的特性將直接對電網(wǎng) 產(chǎn)生影響 ,另一方面 ,其發(fā)電設(shè)備為異步發(fā)電機(jī) ,它的運(yùn)行需要無功電源的支持 ,加重了電網(wǎng)的無功負(fù)擔(dān) ,使系統(tǒng)的潮流分布更加復(fù)雜。因此它的并網(wǎng)運(yùn)行將給系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行帶來許多不同于常規(guī)能源發(fā)電的新問題 ,隨著風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大 ,這些問題將愈加突出。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)晶閘管并網(wǎng)逆變器的研究 4 風(fēng)電場與常規(guī)能源電廠主要區(qū)別 風(fēng)電場運(yùn)行與常規(guī)能源發(fā)電廠相比在很多方面具有共性 ,需要解決的只是風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的特殊問題。風(fēng)力發(fā)電與常規(guī)能源發(fā)電 (比如火電、水電和核電 ) 相比 ,主要區(qū)別如下 : (1) 由于風(fēng)力的隨機(jī)性和間歇性 ,風(fēng)電場的有功輸出亦具有隨機(jī)性 ,大小取決于風(fēng)速的變比 ,而常規(guī)能源的有功輸出和無功輸出都可以準(zhǔn)確預(yù)測。 (2) 過去廣泛采用的風(fēng)電機(jī)組屬于異步發(fā)電機(jī) ,雖然在機(jī)端出口處裝設(shè)無功補(bǔ)償電容器組 ,但在輸出有功的同時(shí) ,發(fā)電機(jī)仍然會吸收電網(wǎng)的無功功率 ,從而引起機(jī)端出口電壓的波動 ,而常規(guī)能源機(jī)組都是同步發(fā)電機(jī)組。 (3) 相對于常規(guī)能源機(jī)組 ,風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量較小 ,大量風(fēng)電機(jī)組并列運(yùn)行是風(fēng)電場的重要特點(diǎn)。 并網(wǎng)存在的主要問題 (1) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊 異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)條件是頻率和電壓要與電網(wǎng)一致。異步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)時(shí) ,沒有獨(dú)立的 勵(lì)磁裝置 ,并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)本身沒有電壓 ,因此并網(wǎng)時(shí)必然伴隨一個(gè)過渡過程 ,流過 5~6 倍額定電流的沖擊電流 ,一般經(jīng)過幾百毫秒后轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。沖擊電流的大小與其本身暫態(tài)電抗和并網(wǎng)時(shí)的電壓高低有關(guān) ,其有效值還與并網(wǎng)時(shí)的滑差有關(guān)?;钤酱髣t交流暫態(tài)衰減時(shí)間就越長 ,并網(wǎng)時(shí)沖擊電流有效值也就越大。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí) ,合閘瞬間的沖擊電流對發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行不會有太大影響。但對小容量的電網(wǎng)而言 ,風(fēng)電場并網(wǎng)瞬間將會造成電網(wǎng)電壓的大幅度下跌 ,從而影響接在同一電網(wǎng)上的其他電器設(shè)備的正常運(yùn)行 ,甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全 。目前可以通過裝設(shè)軟起動裝置和風(fēng)機(jī)非同期并網(wǎng)來削弱沖擊電流 ,但同時(shí)給電網(wǎng)帶來一定的諧波污染。 (2) 風(fēng)電場運(yùn)行對電能質(zhì)量的影響 風(fēng)速變化、湍流以及風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)造成的紊流會引起風(fēng)電功率的波動和風(fēng)電機(jī)組的頻繁啟停 。風(fēng)機(jī)的桿塔遮蔽效應(yīng)使風(fēng)電機(jī)組輸出功率存在周期性的脈動。功率的變化將會使電網(wǎng)頻率在一定范圍波動 ,影響電網(wǎng)中頻率敏感負(fù)荷的正常工作。風(fēng)電功率的
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