風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)設(shè)計(jì)-wenkub.com
2025-09-24 07:43 本頁面
【正文】 應(yīng)用于風(fēng)電場的儲(chǔ)能手段中，抽水蓄能因其常受環(huán)境因素制約，最常見的是鉛酸電池儲(chǔ)能。 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。目前， 一般采用機(jī)端并聯(lián)電容、 、靜止無功發(fā)生器（ SVG）、靜止無功補(bǔ)償裝置（ SVC）以及靜止同步補(bǔ)償器（ STATCOM）等來補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功 （ 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)提供一定的無功功率以支撐電網(wǎng) 電壓從而穿越低電壓區(qū)域的能力。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。 圖 6d 和 e 的有源濾波器均通過變壓器串聯(lián)在電源和負(fù)載之間，相當(dāng)于一個(gè)受控電壓源。在這種方式下，有源濾波器也可以對無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。 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。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。 電力有源濾波器能對變化的諧波進(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?。其基本原理見圖。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。 這種濾波器結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，運(yùn)行可靠。目前常用的電力無源濾波器有單調(diào)諧濾波器 (Single tuned filter， STF)、高通濾波器 (High pass filter， HPF)等。 因此需根據(jù)每臺機(jī)的諧波發(fā)生量，計(jì)算出公共接入點(diǎn)上的諧波電壓畸變值和諧波電流注入值，如計(jì)算值超過允許值 需要采取措施，通過裝設(shè)濾波裝置使注入電網(wǎng)的諧波電流降低到國標(biāo)允許值內(nèi)，濾波器分為有源濾波器和無源濾波器兩大類。 在電力系統(tǒng)中，電壓波型是中心對稱的，基本上不含有偶次諧波，存在的諧波主要是奇次諧波，而三、九次諧波可以通過變壓器的Δ繞組進(jìn)行隔離。 為了評估單臺風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)，可以 根據(jù)下式計(jì)算短時(shí)間閃變值 Pst和長時(shí)間閃變值 Plt 式中 N10為 10min 內(nèi)切換操作次數(shù)最大值； N120為 2h 內(nèi)切換操作次數(shù)最大值。 為了評估一臺風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)，可以根據(jù)下式計(jì)算短時(shí)間閃變值 Pst和長時(shí)間閃變值 Plt 式中 ci(φ k,va)為 單臺風(fēng)電機(jī)組的閃變系數(shù)； Sn,i為單臺風(fēng)電機(jī)組的額定視在功率； Nwt為連接到公共連接點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組的數(shù)目。以不同情況下的電壓、電流測量數(shù)據(jù)作為虛擬電網(wǎng)的輸入量，計(jì)算出風(fēng)電機(jī)組的輸出電壓ufic(t)。 考慮到電網(wǎng)中其他波動(dòng)負(fù)荷可能在風(fēng)電機(jī)組公共連接點(diǎn)引起明顯的電壓波動(dòng)，且風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)依賴于電網(wǎng)特性。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 。風(fēng)力機(jī)組的轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速的波動(dòng)而變化，始終維持恒轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而輸出恒定頻率的交流電，但具有簡單可靠的優(yōu)點(diǎn)，但是風(fēng)能利用率較低。由于電阻、電抗器等元件消耗功率，在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，進(jìn)入穩(wěn)定進(jìn)行狀態(tài)時(shí)，必須將其迅速切除。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)方法有： (1)直接并網(wǎng)。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。 （ b)風(fēng)電場電壓在發(fā)生跌落后 3s 內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的 90%時(shí)，風(fēng)電場必須保持并網(wǎng)運(yùn)行 。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。由于風(fēng)電機(jī)組投切頻繁，使風(fēng)電場接入系統(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)間長度是對影響電網(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 ,對頻率曲線的峰值影響越大 。 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。 （ 1）對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響 風(fēng)電場一般在電網(wǎng)的末端接入，而風(fēng)電場的大規(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。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。 變速風(fēng)電機(jī)組采用了電力電子設(shè)備。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。 對于風(fēng)電機(jī)組來說，發(fā)電機(jī)本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，諧波電壓是由電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電力電子控制元件和電容器產(chǎn)生的。這些切換操作引起功率波動(dòng)，并進(jìn)一步引起風(fēng)電機(jī)組端點(diǎn)及其他相鄰節(jié)點(diǎn)的電 壓波動(dòng)和閃變。 除了 塔影效應(yīng)和風(fēng)剪切引起的輸出功率波動(dòng)外，在風(fēng)電機(jī)組輸出功率中還可檢測到頻率為 p 的波動(dòng)分量，其出現(xiàn)的主要原因可能是葉片結(jié)構(gòu)或重力不完全對稱。塔影效應(yīng)可以用頻率為 3P 倍數(shù)的傅立葉級數(shù)表示 [6]。對于三葉片風(fēng)電機(jī)組而言，波動(dòng)頻度為 3P（ P 為葉輪旋轉(zhuǎn)頻率） 時(shí)，最大波動(dòng)幅度約為轉(zhuǎn)矩平均值的 20% 。風(fēng)速 v 的變化是由自然條件決定的，隨機(jī)性比較強(qiáng)，且功率與風(fēng)速的 三次方近似呈正比，因此當(dāng)風(fēng)速快速變化時(shí)，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的輸出功率將隨之快速變化。當(dāng)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的輸出功率波動(dòng)時(shí)，有功電流和無功電流隨之變化，從而引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)和閃變。一般而言，有功電流要遠(yuǎn)大于無功電流。在適當(dāng)?shù)墓β氏逻@些裝置可以很有效的發(fā)揮作用，使并網(wǎng)成功。主要面臨下面一些技術(shù)問題 并網(wǎng)方式 早期的風(fēng)電場采用的是小型恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 它的優(yōu)點(diǎn)在于并網(wǎng)研究相對簡單，因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)的自然滑動(dòng)可以輕易的獲得很大的阻尼，往往只需增加少量的額定功率既可產(chǎn)生很好效果；缺點(diǎn)在于它必 然受困于電抗儲(chǔ)能與釋放能量的延時(shí)性同并網(wǎng)的瞬時(shí)性之間的矛盾。異步發(fā)電機(jī)的頻率由大系統(tǒng)來決定 ,風(fēng)能的變化將引起異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差的變化 ,相應(yīng)地其注入電網(wǎng)的有功和吸收的無功也要隨著風(fēng)速的變化而變化 ,這將導(dǎo)致系統(tǒng) ,特別是風(fēng)電場附近電網(wǎng)母線電壓的波動(dòng) ,嚴(yán)重時(shí)還可能引起電壓閃變。這樣發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)之間的剛性度大大降低。 風(fēng)輪從風(fēng)中吸收的功率如下： 3pP C A v??
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