【正文】 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 ,嚴(yán)重時還可能引起電壓閃變。這種變速恒頻雙饋異步發(fā)電機不僅能發(fā)有功功率 ,而且還能發(fā)無功功率 ,且能方便地調(diào)節(jié)有功功率和無功功率使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較好的性能。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， 它的優(yōu)點在于并網(wǎng)研究相對簡單，因為感應(yīng)電機的自然滑動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；缺點在于它必 然受困于電抗儲能與釋放能量的延時性同并網(wǎng)的瞬時性之間的矛盾。 但是隨著發(fā)展，尤其是為風(fēng)力發(fā)電機中同步發(fā)電機的出現(xiàn)，對于如何并網(wǎng)提出了很高的要求。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。 電壓波動和閃變 風(fēng)力發(fā)電引起電壓波動和閃變的根本原因是并網(wǎng)風(fēng)電機組輸出功率的波動，下面將分析并網(wǎng)風(fēng)電機組輸出功率波動引起電壓波動和閃變的機理。一般而言，有功電流要遠(yuǎn)大于無功電流。由圖 1(c)可見， 是造成電壓降落的主要原因，垂直，造成的電壓降落可以忽略不計。當(dāng)并網(wǎng)風(fēng)電機組的輸出功率波動時，有功電流和無功電流隨之變化，從而引起電網(wǎng)電壓波動和閃變。風(fēng)電機組的機械功率可以表示為 式中 P 為功率； ρ 為空氣密度； A 為葉片掃風(fēng)面積； v 為風(fēng)速； CP為功率系數(shù)，表示風(fēng)電機組利用風(fēng)能的效率，它是葉尖速比 λ 和槳距角 β 的函數(shù)，葉尖速比 λ 定義為 式中 ω 為葉輪轉(zhuǎn)速， R 為葉輪半徑。風(fēng)速 v 的變化是由自然條件決定的，隨機性比較強，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，并網(wǎng)風(fēng)電機組的輸出功率將隨之快速變化。 此外，在并網(wǎng)風(fēng)電機組持續(xù)運行過程中，由于受塔影效應(yīng)、偏航誤差和風(fēng)剪切等因素的影響，風(fēng)電機組在葉輪旋轉(zhuǎn)一周的過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)矩波動也將造成風(fēng)電機組輸出功率的波動，并且這些波動隨湍流強度的增加而增加。對于三葉片風(fēng)電機組而言，波動頻度為 3P（ P 為葉輪旋轉(zhuǎn)頻率） 時，最大波動幅度約為轉(zhuǎn)矩平均值的 20% 。遠(yuǎn)離塔筒時風(fēng)速是恒定的，接近塔筒時風(fēng)速開始增加，而更接近時風(fēng)速開始下降。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]。風(fēng)剪切可用以風(fēng)電機組輪轂為極點的極坐標(biāo)下的二項式級數(shù)表示 [68]。 除了 塔影效應(yīng)和風(fēng)剪切引起的輸出功率波動外，在風(fēng)電機組輸出功率中還可檢測到頻率為 p 的波動分量，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。 并網(wǎng)風(fēng)電機組不僅在持續(xù)運行過程中產(chǎn)生電壓波動和閃變，而且在啟動、停止和發(fā)電機切換過程中也會產(chǎn)生電壓波動和閃變。這些切換操作引起功率波動，并進(jìn)一步引起風(fēng)電機組端點及其他相鄰節(jié)點的電 壓波動和閃變。諧波會對電力網(wǎng)帶來一定危害，如增加了電力網(wǎng)中發(fā)生諧振的可能；增加電氣設(shè)備附加損耗；加速絕緣老化，縮短使用壽命；繼電保護(hù)、自動裝置不能正常動作；不能正確計量儀表；干擾通信系統(tǒng)。 對于風(fēng)電機組來說，發(fā)電機本身產(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。 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)電機中，大量采用了具有變頻功能的變速恒頻風(fēng)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。第二種是風(fēng)機的并聯(lián)補償電容器可能和線路電抗發(fā)生諧振。 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、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。 變速風(fēng)電機組采用了電力電子設(shè)備。永磁直驅(qū)同步風(fēng)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(cè)變流器、直流環(huán)節(jié)和電網(wǎng)變流器組成。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)，則會產(chǎn)生很嚴(yán)重的諧波問題。 系統(tǒng)穩(wěn)定性 大型風(fēng)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。 （ 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(fēng)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(shè)計和建造時是未曾考慮的。 由于異步發(fā)電機具有規(guī)律恢復(fù)特性，在系統(tǒng)故障發(fā)生后，若風(fēng)電機組在系統(tǒng)故障排除后能恢復(fù)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(fēng)電機組在故障排除后無法恢復(fù)機端電壓 ,風(fēng)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。 隨著風(fēng)力發(fā)電在整個系統(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，將會使系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性被破壞，導(dǎo)致整個系統(tǒng)解列。 風(fēng)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(fēng)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(dāng)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(dǎo)致風(fēng)電場對電網(wǎng)的無功需求上升，進(jìn)一步惡化電壓水平，嚴(yán)重也時會造成電壓崩潰。由于風(fēng)電機組投切頻繁，使風(fēng)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(yán)重時可能導(dǎo)致整個風(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(fēng)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(fēng)擾動的波形峰值越高 ,對頻率曲線的峰值影響越大 。是對并網(wǎng)風(fēng)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。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)電機脫網(wǎng)，當(dāng)電壓在凹陷部分時，發(fā)電機應(yīng)提供無功功率。 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)電裝機容量比 例較大時，電力系統(tǒng)故障導(dǎo)致電壓跌落后，風(fēng)電場切除會 嚴(yán)重影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，這就要求風(fēng)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(fēng)電機組不間斷并網(wǎng)運行。 （ 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，風(fēng)電場必須保持并網(wǎng)運行 。 3風(fēng)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(zhì)量高，