風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-09-29 07:43本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】少，因此可以說(shuō)是一種取之不盡、用之不竭的能源。而礦物質(zhì)燃料儲(chǔ)量有限，正。在日趨減少，況且其帶來(lái)的嚴(yán)重的污染問(wèn)題和溫室效應(yīng)正越來(lái)越困擾著人們。此風(fēng)力發(fā)電正越來(lái)越引起人們的關(guān)注。作為可再生的清潔能源，受到世界各國(guó)的高度重視。了巨大的進(jìn)步，發(fā)展速度驚人。而風(fēng)能售價(jià)也已能為電力用戶所承受：一些美國(guó)。國(guó)家庭有25%的電力可以通過(guò)購(gòu)買(mǎi)風(fēng)電獲得。已經(jīng)成為解決世界能源問(wèn)題的不可或缺的重要力量。按照風(fēng)電目前的發(fā)展趨勢(shì)，2017～2020年期間為10%。占當(dāng)時(shí)世界總電消費(fèi)量×104億kWh的%。風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)沿著增大單機(jī)容量、提高轉(zhuǎn)。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。風(fēng)機(jī)等,進(jìn)一步提高了安全性和效率。以美國(guó)為例，風(fēng)電機(jī)組的造價(jià)和發(fā)電成本正逐年降。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，風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組最主要的部件，由槳葉和輪轂組成。風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸與地面呈水平狀態(tài)稱為水
【正文】 。工程上實(shí)用的無(wú)源濾波裝置一般由一組或幾組單調(diào)諧濾波器和一組高通濾波器組成。單調(diào)諧濾波器濾除幅值大的單次諧波，高通濾波器則濾除頻率較高而幅值較小的諧波。每組濾波器在某一諧波頻率附近或者在某一個(gè)頻帶內(nèi)呈現(xiàn)低阻抗特性，從而吸收諧波電流，減小流入交流系統(tǒng)的諧波電流，以達(dá)到抑制諧波的目的；另一方面，無(wú)源濾波器在基波時(shí)呈容性，可以對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行基波無(wú)功補(bǔ)償。 這種濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，運(yùn)行可靠。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。 有源濾波器 (Active Power Filter，簡(jiǎn)記為 APF)的基本工作原理是把電源側(cè)的電流波型與正弦波相比較，差額部分由有源濾波器進(jìn)行補(bǔ)償，使流入電源的總諧波電流為零。這是諧波治理的發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功率電子元件的成本下降，這一技術(shù)一定會(huì)在諧波治理上占主導(dǎo)地位的。有些情況下，采用APF 和傳統(tǒng)的濾波裝置組合而成的混合型濾波器，由電容吸收高次諧波，而 APF提高濾波性能，具有較好的性價(jià)比。 用于補(bǔ)償諧波的典型裝置為電力有源濾波器。 80 年代以來(lái)，由于新型電力半 導(dǎo)體器件的 出現(xiàn)， PWM 技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流瞬時(shí) 檢測(cè)法的提出，有源濾波器得以迅速發(fā)展。其基本原理見(jiàn)圖。 圖 2 有源濾波器原理 用于補(bǔ)償諧波的典型裝置為電力有源濾波器。 80 年代以來(lái)，由于新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)， PWM 技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流瞬時(shí)檢測(cè)法的提出，有源濾波器得以迅速發(fā)展。其基本原理見(jiàn)圖。 電力有源濾波器能對(duì)變化的諧波進(jìn)行迅速的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到相當(dāng)?shù)闹匾?。電力有源濾波器的變流電路分為電壓型和電流型，如圖 4 所示。目 前實(shí)用的裝置 90%以上為電壓型。從與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式來(lái)看，電力有源濾波器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型。并聯(lián)型中有單獨(dú)使用、 L濾波器混合使用及注入電路方式。目前并聯(lián)型占實(shí)用裝置的大多數(shù)。圖 5 和圖 6分別為電力有源濾波器的分類情況及其主電路結(jié)構(gòu)。 (a)單獨(dú)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(dú)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。 PWM 逆變器并聯(lián)在電網(wǎng)上 ，相當(dāng)于一個(gè)受控電流源，產(chǎn)生與負(fù)載諧波大小相同而方向相反的諧波電流，使得電源電流被補(bǔ)償為正弦。這種方式下，電源基波電壓全部加在逆變器上，因而裝置容量較大。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。 圖 6b 中的 LC 濾波器若被用來(lái)與有源濾波器分擔(dān)補(bǔ)償相同次數(shù)的諧波，則可降低所需逆變器的容量，若用來(lái)補(bǔ)償較高次的諧波，則起到了補(bǔ)充有源濾波器補(bǔ)償性能的作用。在這種方式下，有源濾波器也可以對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。 圖 6c 方式下，有源濾波器主要不是用來(lái)直接補(bǔ)償諧波，而是用來(lái)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(bǔ)償效果。其逆變器不承受基波電壓，因而逆變器的裝置容量大大減小。 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。 圖 6d 和 e 的有源濾波器均通過(guò)變壓器串聯(lián)在電源和負(fù)載之間，相當(dāng)于一個(gè)受控電壓源。圖 6d 方式可以消除電源電壓可能存在的畸變，維持負(fù)載端壓為正弦。需指出，并聯(lián)型有源濾波器一般適用于感性負(fù)載。對(duì)容性負(fù)載的諧波源，可 采用單獨(dú)使用方式的串聯(lián)型有源濾波器，通過(guò)控制有源濾波器的補(bǔ)償電壓來(lái)改變負(fù)載端的電壓，從而使電源電流為正弦。圖 6e 為與 LC 濾波器混合使用的串聯(lián)型電力有源濾波器，與圖 6c 方式等效。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 。 結(jié)合我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，高速發(fā)展的大規(guī)模風(fēng)電裝機(jī)容量和滯后的電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)之間的矛盾是當(dāng)今風(fēng)電并網(wǎng)難的主要矛盾。著眼于這方面，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者從各個(gè)方面進(jìn)行了大量的研究，并提出了針對(duì)性的解決方案 （ 1）配備充足的無(wú)功補(bǔ)償容量 在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率來(lái)提供其建立磁場(chǎng)所需的勵(lì)磁電流， ，因此要保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運(yùn)行，為其配備充足的無(wú)功補(bǔ)償容量是采取的最主要措施。目前， 一般采用機(jī)端并聯(lián)電容、 、靜止無(wú)功發(fā)生器（ SVG）、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（ SVC）以及靜止同步補(bǔ)償器（ STATCOM）等來(lái)補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功 （ 2）提高風(fēng)電機(jī)組低壓穿越能力風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越能力（ Low Voltage Ride Through）是指風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)公公連接點(diǎn)電壓跌落時(shí)保持并網(wǎng)狀態(tài)并向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率以支撐電網(wǎng) 電壓從而穿越低電壓區(qū)域的能力。典型的低壓穿越曲線如圖 31所示。 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。隨著風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)容量的增大，這種影響將越發(fā)明顯，因此應(yīng)采取措施對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)功率控制，提高風(fēng)電場(chǎng)的低壓穿越能力，使其能在故障期間向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。 目前常用的提高低壓穿越能力的方式有兩種： 一是完善風(fēng)電機(jī)組整流器的控制策 略 ， 研究顯示，基于 H 技術(shù)和μ分析法設(shè)計(jì)的控制器能有效的提高機(jī)組的 LVRT 能力。二是增加其他的設(shè)備。為了在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的狀態(tài)下保護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器，常在 DFIG 轉(zhuǎn)子側(cè)電路增加 Crowbar 電路 ， 研究顯示，對(duì)于 Crowbar 控制的雙饋異步發(fā)電機(jī)（ DFIG）系統(tǒng)，在引入計(jì)及定子電壓瞬態(tài)變化的 DFIG 數(shù)學(xué)模型后，能使 Crowbar 在電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)無(wú)需動(dòng)作，縮短了 DFIG 在故障清除后供電的時(shí)間 。 （ 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。應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的儲(chǔ)能手段中，抽水蓄能因其常受環(huán)境因素制約，最常見(jiàn)的是鉛酸電池儲(chǔ)能。研究顯示，將風(fēng)電機(jī)組和儲(chǔ)能單元相結(jié)合，利用電力儲(chǔ)能系統(tǒng)快速的功率吞吐能力和靈活的四象限調(diào)節(jié)能力，則能在頻繁的風(fēng)速擾動(dòng)下使風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出得到平穩(wěn)控制，降低風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊、提高并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性 。
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