風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-11-13 07:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生的各種擾動(dòng)的程度，主要依賴于其裝備的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的形式。 風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)中，大量采用了具有變頻功能的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)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(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率相獨(dú)立，并維持電網(wǎng)頻率不變。整 流逆變就必然會(huì)帶來諧波污染，這些諧波電流注入電力系統(tǒng)后，會(huì)引起電網(wǎng)電壓畸變，降低了電能質(zhì)量。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。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。 風(fēng)電裝置中電力電子器件是風(fēng)電裝置中最重要的諧波源；在風(fēng)電系統(tǒng)中，由于異步機(jī)、變壓器、電容器等設(shè)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(fēng)電系統(tǒng)中存在的諧波次數(shù)為 1 117 等。風(fēng)機(jī)本身配備的電力電子 裝置，可能帶來諧波問題。 變速風(fēng)電機(jī)組采用了電力電子設(shè)備。其中 ，雙饋式異步式風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子直接饋入電網(wǎng)，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過經(jīng)直流環(huán)節(jié)連接的兩個(gè)變流器接入電網(wǎng)（如圖）。永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)側(cè)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(fēng)電機(jī)組，機(jī)組投入運(yùn)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(nèi)，則會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的諧波問題。 圖 1 雙饋式異步式風(fēng)電機(jī)組 對(duì)于直接和電網(wǎng)相連的恒速風(fēng)機(jī)，軟啟動(dòng)階段要通過電力電子裝置與電網(wǎng)相連，因此會(huì)產(chǎn)生一定的諧 波，不過因?yàn)檫^程很短，發(fā)生的次數(shù)也不多，通常可以忽略。 系統(tǒng)穩(wěn)定性 大型風(fēng)電機(jī)組多為異步發(fā)電機(jī)，發(fā)出有功的同時(shí)也從電網(wǎng)中吸收無功，其對(duì)無功的需求隨著有功變化而變化。風(fēng)電這種與生俱來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 。 （ 1）對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響 風(fēng)電場(chǎng)一般在電網(wǎng)的末端接入，而風(fēng)電場(chǎng)的大規(guī)模異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向電網(wǎng)注入功率時(shí)也從系統(tǒng)吸收大量的無功功率，同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)出力的隨機(jī)性造 成了接入點(diǎn)的潮流是雙向流動(dòng)的，這在原有的電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和建造時(shí)是未曾考慮的。隨著風(fēng)電場(chǎng)注入電網(wǎng)的功率的加大，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電壓和聯(lián)絡(luò)線功率會(huì)超出額定范圍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)潰。 由于異步發(fā)電機(jī)具有規(guī)律恢復(fù)特性，在系統(tǒng)故障發(fā)生后，若風(fēng)電機(jī)組在系統(tǒng)故障排除后能恢復(fù)機(jī)端電壓并穩(wěn)定運(yùn)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(fēng)電機(jī)組在故障排除后無法恢復(fù)機(jī)端電壓 ,風(fēng)電機(jī)組將超速運(yùn)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(shí) ,需利用風(fēng)電場(chǎng)的無功補(bǔ)償裝置、風(fēng)電機(jī)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(shí)切除風(fēng)電機(jī)組 ，以保證區(qū)域電網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性 。 隨著風(fēng)力發(fā)電在整個(gè)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(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。 （ 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。 風(fēng)電場(chǎng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端的并聯(lián)電容器，在投切的過程中會(huì)引起電壓的跳變，當(dāng)系統(tǒng)電壓水平較低時(shí)，并聯(lián)電容器的無功補(bǔ)償量迅速下 降，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的無功需求上升，進(jìn)一步惡化電壓水平，嚴(yán)重也時(shí)會(huì)造成電壓崩潰。 風(fēng)電場(chǎng)不同接入方式對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響，在風(fēng)電場(chǎng)出力穩(wěn)定 或者并網(wǎng)線路參數(shù)一致的情況下，應(yīng)選用分布式接入；在風(fēng)電場(chǎng)受到漸變風(fēng)、陣風(fēng)、切除風(fēng)影響時(shí)，應(yīng)選用集中式接入 （ 3） 對(duì)電網(wǎng)頻率的影響 風(fēng)電并網(wǎng)容量越大，其功率特性對(duì)電網(wǎng)頻率造成的影響也越大。由于風(fēng)電機(jī)組投切頻繁，使風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)的潮流處于一個(gè)雙向流動(dòng)的過程，這在一定程度上影響了系統(tǒng)的頻率，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)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(dòng)的波形和時(shí)間長(zhǎng)度是對(duì)影響電網(wǎng)頻率的兩個(gè)主要因素，風(fēng)擾動(dòng)的波形變化越劇烈 ,對(duì)系統(tǒng)頻率曲線的影響越快 ,而風(fēng)擾動(dòng)的波形峰值越高 ,對(duì)頻率曲線的峰值影響越大 。 低電壓穿越 (LVRT)，指在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)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(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間 (區(qū)域 )。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。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(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(yùn)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(shí)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(jī)脫網(wǎng)，當(dāng)電壓在凹陷部分時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)提供無功功率。這就要求風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的低電壓穿越 (LVRT)能力，同時(shí)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(duì)自如，學(xué)術(shù)界尚有爭(zhēng)論，而永磁直接驅(qū)動(dòng)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已被證實(shí)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(dāng)電力系統(tǒng)中風(fēng)電裝機(jī)容量比 例較大時(shí)，電力系統(tǒng)故障導(dǎo)致電壓跌落后，風(fēng)電場(chǎng)切除會(huì) 嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，這就要求風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。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 。 （ b)風(fēng)電場(chǎng)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(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須保持并網(wǎng)運(yùn)行 。 （ c)風(fēng)電場(chǎng)升壓變高壓側(cè)電壓不低于額定電壓的 90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。 3風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)問題解決方案 同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)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(zhì)量高，已被電力系統(tǒng)廣泛采用。然而，把它移植到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上使用卻不甚理想，這是由于風(fēng)速時(shí)大時(shí)小，隨機(jī)變化，作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩極不穩(wěn)定，并網(wǎng)時(shí)其調(diào)速性能很難達(dá)到同步發(fā)電機(jī)所要求的精度。并網(wǎng)后若不進(jìn)行有效的控制，常會(huì)發(fā)生無功振蕩與失步問題，在重載下尤為嚴(yán)重。這就是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)問內(nèi)，國內(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。但近年來隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，通過在同步發(fā)電 機(jī)與電網(wǎng)之問采用變頻裝置，從技術(shù)上解決了這些問題，采用同步發(fā)電機(jī)的方案又引起了人們的重視。 目前國內(nèi)外大量采用的是交流異步發(fā)電機(jī)，其并網(wǎng)方式根據(jù)電機(jī)的容量不同
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