【文章內容簡介】 生的各種擾動的程度，主要依賴于其裝備的電能轉換系統(tǒng)的形式。 風電并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來諧波污染主要有兩種途徑：一種是在風力發(fā)電機中，大量采用了具有變頻功能的變速恒頻風力發(fā)電機，發(fā)電機組發(fā)出的交流電經(jīng)過整流— 逆變裝置與電網(wǎng)連接，從而實現(xiàn)發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率相獨立，并維持電網(wǎng)頻率不變。整 流逆變就必然會帶來諧波污染，這些諧波電流注入電力系統(tǒng)后，會引起電網(wǎng)電壓畸變，降低了電能質量。第二種是風機的并聯(lián)補償電容器可能和線路電抗發(fā)生諧振。實際運行中，曾觀測在風電場出口變壓器的低壓側有大量諧波的現(xiàn)象。 風電裝置中電力電子器件是風電裝置中最重要的諧波源；在風電系統(tǒng)中，由于異步機、變壓器、電容器等設備均為三相，且采用三角型或 Y 型連接方式，故不存在偶次或 3 的倍數(shù)次諧波，即風電系統(tǒng)中存在的諧波次數(shù)為 1 117 等。風機本身配備的電力電子 裝置，可能帶來諧波問題。 變速風電機組采用了電力電子設備。其中 ，雙饋式異步式風電機組的發(fā)電機定子直接饋入電網(wǎng)，而發(fā)電機轉子通過經(jīng)直流環(huán)節(jié)連接的兩個變流器接入電網(wǎng)（如圖）。永磁直驅同步風力發(fā)電機組所發(fā)電力則通過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)電機側變流器、直流環(huán)節(jié)和電網(wǎng)變流器組成。不論是哪種類型的變速風電機組，機組投入運行后變頻器都將始終處于工作狀態(tài)。如果電力電子裝置的切換頻率恰好在產(chǎn)生諧波的范圍內，則會產(chǎn)生很嚴重的諧波問題。 圖 1 雙饋式異步式風電機組 對于直接和電網(wǎng)相連的恒速風機，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?？梢院雎?。 系統(tǒng)穩(wěn)定性 大型風電機組多為異步發(fā)電機，發(fā)出有功的同時也從電網(wǎng)中吸收無功，其對無功的需求隨著有功變化而變化。風電這種與生俱來的特性使得它成為不能進行自身調節(jié)的電源，因此導致了風電場和電力系統(tǒng)進行能量交換時存在隨機性，改變了系統(tǒng)中的潮流分布，增加了接入點電網(wǎng)的負擔，影響了電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定性 。 （ 1）對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響 風電場一般在電網(wǎng)的末端接入，而風電場的大規(guī)模異步風力發(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)的設計和建造時是未曾考慮的。隨著風電場注入電網(wǎng)的功率的加大，當?shù)仉娋W(wǎng)的電壓和聯(lián)絡線功率會超出額定范圍，嚴重時會導致電網(wǎng)潰。 由于異步發(fā)電機具有規(guī)律恢復特性，在系統(tǒng)故障發(fā)生后，若風電機組在系統(tǒng)故障排除后能恢復機端電壓并穩(wěn)定運行 ,則地區(qū)電網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性便能得到維持；若風電機組在故障排除后無法恢復機端電壓 ,風電機組將超速運行并失去穩(wěn)定 ,破壞區(qū)域電網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。此時 ,需利用風電場的無功補償裝置、風電機組的無功支撐能力在暫態(tài)過程中支撐電網(wǎng)電壓 ,或者及時切除風電機組 ，以保證區(qū)域電網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性 。 隨著風力發(fā)電在整個系統(tǒng)中所占的比重越來越大，風電不穩(wěn)定的有功功率輸出對電網(wǎng)的功率沖擊效應也將不斷增大，嚴重情況下，將會使系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性被破壞，導致整個系統(tǒng)解列。 （ 2）對地區(qū)電網(wǎng)電壓的影響 風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。 風電場電壓崩潰的根本原因是系統(tǒng)無功功率的供給不 足，配置在風力發(fā)電機機端的并聯(lián)電容器，在投切的過程中會引起電壓的跳變，當系統(tǒng)電壓水平較低時，并聯(lián)電容器的無功補償量迅速下 降，導致風電場對電網(wǎng)的無功需求上升，進一步惡化電壓水平，嚴重也時會造成電壓崩潰。 風電場不同接入方式對電壓穩(wěn)定性的影響，在風電場出力穩(wěn)定 或者并網(wǎng)線路參數(shù)一致的情況下，應選用分布式接入；在風電場受到漸變風、陣風、切除風影響時，應選用集中式接入 （ 3） 對電網(wǎng)頻率的影響 風電并網(wǎng)容量越大，其功率特性對電網(wǎng)頻率造成的影響也越大。由于風電機組投切頻繁，使風電場接入系統(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，嚴重時可能導致整個風電場突然切除，使得瞬間電源和負荷失衡，引起電網(wǎng)頻率的降低 研 究顯示風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 ,而風擾動的波形峰值越高 ,對頻率曲線的峰值影響越大 。 低電壓穿越 (LVRT)，指在風力發(fā)電機并網(wǎng)點電壓跌落的時候，風機能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復，直到電網(wǎng)恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間 (區(qū)域 )。是對并網(wǎng)風機在電 網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時仍保持并網(wǎng)的一種特定的運行功能要求。不同國家 (和地區(qū) )所提出的 LVRT 要求不盡相同。目前在一些風力發(fā)電占主導地位的國家 ，如丹麥、德國等已經(jīng)相繼制定了新的電網(wǎng)運行準則，定量地給出了風電系統(tǒng)離網(wǎng)的條件 (如最低電壓跌落深度和跌落持續(xù)時間 )，只有當電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線以后才允許風力發(fā)電機脫網(wǎng)，當電壓在凹陷部分時，發(fā)電機應提供無功功率。這就要求風力發(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，但目前的雙饋型風力發(fā)電技術是否能夠應對自如，學術界尚有爭論，而永磁直接驅動型變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)已被證實在這方面擁有出色的性能。 低電壓穿越 具備能力 低電壓穿越能力是當電力系統(tǒng)中風電裝機容量比 例較大時，電力系統(tǒng)故障導致電壓跌落后，風電場切除會 嚴重影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，這就要求風電機組具有低電壓穿越 (Low Voltage Ride Through， LVRT)能力，保證系統(tǒng)發(fā)生故障后風電機組不間斷并網(wǎng)運行。風電機組應該具有低電壓穿越能力： （ a)風電場必須具有在電壓跌至 20%額定電壓時能夠維持并網(wǎng)運行 620ms 的低電壓穿越能力 。 （ b)風電場電壓在發(fā)生跌落后 3s 內能夠恢復到額定電壓的 90%時，風電場必須保持并網(wǎng)運行 。 （ c)風電場升壓變高壓側電壓不低于額定電壓的 90%時，風電場必須不間斷并網(wǎng)運行。 3風力發(fā)電并網(wǎng)問題解決方案 同步發(fā)電機在運行中，由于它既能輸出有功功率，又能提供無功功率，周波穩(wěn)定，電能質量高，已被電力系統(tǒng)廣泛采用。然而，把它移植到風力發(fā)電機組上使用卻不甚理想，這是由于風速時大時小，隨機變化，作用在轉子上的轉矩極不穩(wěn)定，并網(wǎng)時其調速性能很難達到同步發(fā)電機所要求的精度。并網(wǎng)后若不進行有效的控制，常會發(fā)生無功振蕩與失步問題，在重載下尤為嚴重。這就是在相當長的時問內，國內外風力發(fā)電機組很少采用同步發(fā)電機的原因。但近年來隨著電力電子技術的發(fā)展，通過在同步發(fā)電 機與電網(wǎng)之問采用變頻裝置，從技術上解決了這些問題，采用同步發(fā)電機的方案又引起了人們的重視。 目前國內外大量采用的是交流異步發(fā)電機，其并網(wǎng)方式根據(jù)電機的容量不同