风力发电机并网应用

风力发电机并网应用（精选8篇）

风力发电机并网应用 第1篇

随着人类社会的发展, 对能源的需求量越来越大, 依赖也越来越重。直到目前, 人类仍然以化石能源 (石油、天然气、煤炭) 为主要能源消费方式, 而化石能源的总的资源量是有限的, 不可再生的, 资源量会越来越少。在消费这些化石能源的同时, 也产生了大量的温室气体等污染物, 这些污染物对地球气候已经产生了深远的影响, 直接威胁着人类的生存和发展, 这点已经得到了世界各国的普遍认同。另外, 这些化石能源都是重要的化工原料, 作为燃料是最浪费的使用。因此, 世界各国都在大力的开发利用可再生能源。近年来, 可再生能源得到国际社会和大多数国家的高度重视, 许多国家制定了支持可再生能源发展的法律和优惠政策, 可再生能源成为世界能源中发展最快的领域。

可再生能源包括风能、太阳能、生物质能等。风能是一种清洁的可再生能源, 与传统能源相比, 风力发电不依赖矿物能源, 没有燃料价格风险, 发电成本稳定, 也没有碳排放等环境成本。此外, 可利用的风能在全球范围内分布都很广。正是因为有这些独特的优势, 风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分, 发展迅速。截止2010年底, 全球风力发电装机年增长约为40 GW, 总装机容量达到200GW。中国2010年新增装机容量18928 MW, 累计风电装机容量44733 MW, 双居全球第一位。如此大规模的装机, 风机的安全运行, 已经成为一件不可忽视的问题。

1 螺栓对风机安全性能的影响

影响风机安全性能的因素很多, 本文主要讨论一下风机中最小且非常重要的一个零件—螺栓, 对风机安全性的影响和解决思路。

1.1 风机中螺栓的分类

安装到风场的一套完整的风机设备 (包括塔筒、叶片等) 需要大量的螺栓, 这些螺栓根据受力情况大致可以分为两大类:一类螺栓只是将零件固定在一起, 螺栓本身并不承受或传递太大载荷, 如风机和塔筒内的平台踏板和平台梁之间的连接螺栓, 风机内部导线电缆的固定螺栓等, 这些螺栓在风机运行中只起到固定零部件相对位置, 或只承受零部件自身重量等作用, 不传递风机载荷。为了后面分析方便, 我们暂且把这类螺栓称为固定型螺栓。另一类螺栓, 在风机的运行过程中, 要传递风作用在风机上形成的各种载荷, 它的失效会使风机整体失效, 甚至给风机带来灾难性后果。这类螺栓如叶片和轮毂之间的连接、轮毂和主轴之间的连接、机舱和塔筒之间的连接以及塔筒间的连接、塔筒和基础间的连接等等。我们暂称它为连接型螺栓, 这类螺栓也是我们后面重点讨论的部分。

1.2 螺栓接头的设计

对于固定型螺栓接头结构比较简单, 螺栓受力比较小, 在设计这种接头形式时, 主要考虑装配施工方便, 要有操作空间。其次要采取一定的防松措施, 特别对于那些风机安装完成后不易维护紧固位置的螺栓, 如塔筒平台踏板与支撑梁间的连接螺栓, 这些螺栓一旦松脱后, 不仅无法紧固, 而且掉下来的螺母还有很大的安全隐患, 因此这类位置紧固件须采取防松措施, 如使用非金属嵌件螺母、使用螺纹锁固胶等的方法。另外, 这类接头设计选用螺栓时, 尽可能减少螺栓规格型号, 这样既可以降低成本, 又可以提高装配时工作效率。这类螺栓的强度级别一般选择8.8级性能等级以下的螺栓。

连接型螺栓接头形式在风机生产安装中得到了大量应用, 接头形式的设计和螺栓的选用直接影响到风机的安全。这类接头形式都是用螺栓或双头螺柱将两个零部件通过面面接触连接在一起, 并将一个零部件的载荷传递到另一个零部件。接头形式见图1, 图2。

连接型螺栓一般承受的载荷比较大, 在螺栓的选型上大都采用8.8级及以上级别的螺栓。但慎用12.9级及以上级别的螺栓, 因为随着螺栓强度的增加, 韧性也大幅降低, 脆性增加。特别在寒冷地区运行的风机, 在低温环境下, 螺栓相对容易出现脆性断裂。

1.2.1 作用在螺栓上的力的分析

在讨论螺栓接头设计时, 我们首先要分析螺栓可能受到的力。首先螺栓承受拉力, 螺栓正是通过这个力将两个零件固定在一起;其次, 螺栓可能会受到横向切应力, 在正常设计情况下, 螺栓直径会比穿过的孔小2～4 mm, 原则上, 螺栓外表面与螺栓孔表面不会相互接触, 但是当连接的两个零件接触面出现相互错动, 错动量超过螺栓和孔的间隙时, 螺栓阻止错动的进行, 就会在螺栓上加载一个水平的横向切应力。第三个力就是螺栓承受的扭力, 这个力也给螺栓形成一个扭转切应力。它是由于螺栓在紧固时, 螺栓与螺母的螺纹之间的摩擦力造成了, 这个力的大小取决于螺栓承受的拉力和螺纹间的摩擦系数, 由于螺纹间摩擦系数的影响因素较多, 该系数变化较大 (0.08～0.4) , 因此, 在同样拉力作用下, 作用在同一型号螺栓上的扭力差别也非常大, 见图3。

2 对螺栓在风机应用中的安全性能影响的解决思路

以上螺栓承受的三个力中, 只有拉力是我们需要的, 其他两个力都是不需要的。根据材料力学我们知道, 对于钢材, 工程上一般取[τ]= (0.5～0.6) [δ], 特别是在以上三种力同时作用时, 会使螺栓的有效强度大幅降低, 增加螺栓的使用风险, 降低螺栓的使用寿命。因此, 在设计时, 希望尽可能的避免或减小这两个力的作用。

2.1 设计螺栓的结构时首先要避免螺栓承受水平剪切力

我们设计的结构首先要避免螺栓承受横向切应力作用, 要实现这一点, 只要达到连接的两个零件的接触面没有相互错动就可以实现。在螺栓起到阻止零件接触面错动之前, 接触面间的摩擦力起到了阻止零件相对运动的作用, 那么这个摩擦力的大小就是能否避免螺栓受横向剪切力的关键。

两个面间的摩擦力与两个面间所受的压力和两个面间的摩擦系数有关, 两个面间的压力就是螺栓的拉力及零部件的重力等外力的合力, 两个面间的摩擦系数受接触面积、材质、和表面粗糙度得影响。因此, 在风机设计时, 不仅要计算螺栓的静态强度和疲劳强度, 还要重点考虑两个零部件接触面间的摩擦力能否抵抗住零件间的相对运动。

2.2 设计螺栓的结构时应减少螺栓承受的扭力

对于螺栓承受的扭力, 是螺栓紧固过程中, 克服螺栓与螺母螺纹间的摩擦力造成的, 只要螺栓旋紧, 就会产生, 我们无法完全避免, 但我们可以通过采取一些措施使之减小。首先, 我们分析这个力的产生原因, 这个力的大小是受螺栓紧固时, 螺纹间的相互压力和摩擦系数的影响, 减小压力和摩擦系数都会使该力成比例下降。

通常讲, 螺纹间的压力就是螺栓的拉力, 那么我们如何在螺栓紧固过程中减小这个压力呢?首先, 摩擦力的产生, 是在两接触面出现相对运动或存在相对运动的趋势时才会存在, 因此, 只有在螺母与螺栓间相对旋转时, 才能产生摩擦力。那么, 我们只要在螺母与螺栓间相对旋转时, 减小螺纹间的压力, 就可以减小它们间的摩擦力。我们知道, 在高强度螺栓的使用过程中, 有两种紧固工艺, 一种是用扭力扳手, 通过旋紧螺母的方式紧固。采用这种方式, 螺纹间的压力就是螺栓的拉力。另一种紧固方式是采用拉拔器紧固, 这种方式是用拉拔器将螺栓拉至设计要求的拉力值, 然后将螺母手动旋紧, 这时螺纹间的压力就是螺母的重量, 采用这种方式紧固的螺栓, 几乎不存在扭力。

还有一个减小摩擦力的途径就是减小摩擦系数。目前, 各厂家比较通行的做法是在螺栓的螺纹部分涂抹润滑剂, 如二硫化钼等。但大部分厂家涂抹润滑剂的目的并不是为了减小螺杆本身承受的扭力, 而是为了获得相对稳定的扭力系数, 和紧固时更轻松, 从而确定螺栓紧固时的扭矩值。间接地也减小了螺杆承受的扭矩, 但不能彻底避免。

螺纹间的摩擦力有正反两个方面的作用, 不好的方面是使我们在紧固过程中费力, 使螺杆承受扭力, 这个扭力一方面会使螺杆受力复杂, 另一方面, 在交变力的作用下, 容易使螺栓松动。摩擦力好的一面, 就是当螺栓紧固到位后, 它起到了防松的作用。尽管我们采用涂抹润滑剂使得螺栓紧固更加轻松, 但是它大大降低了螺栓的防松效果。个别螺栓的松动, 会导致旁边螺栓承受的载荷成倍增加, 从而导致螺栓逐个断裂, 如果不能及时发现, 就有可能酿成大的事故。

通过扭矩法实现螺栓紧固的方式, 还有一个很大的缺点, 由于不同厂家, 不同批次生产的螺栓、螺母, 螺纹间的摩擦系数差距较大, 即使涂抹润滑剂, 不同厂家不同批次的润滑剂, 甚至润滑剂涂抹的多少, 都会对螺纹间的摩擦系数产生较大影响, 从而影响扭矩系数。因此, 很难针对设计要求的螺栓拉力值找到准确稳定的扭矩值, 最终不能保证螺栓的紧固力满足设计要求。

通过以上分析, 我们可以认识到, 对于连接型螺栓应该尽量采用拉拔方式紧固。为了在今后的生产过程中, 方便使用拉拔器, 设计时必须根据拉拔工艺特点, 设计出操作空间。同时, 为避免在风机运行过程中, 出现螺栓松动, 在设计螺栓拉力时, 要给出合理的预紧力, 从而起到防松效果。

2.3 高强度螺栓的生产检验

高强度螺栓的生产与检验有很多国家标准和企业标准, 在此不再累述。这里只想提的一点是, 一定要在螺栓热处理完成后, 按热处理炉次逐批取样, 进行螺栓的整体拉断试验, 计算出螺栓的抗拉强度, 再与标准进行比对, 判断螺栓是否合格。这样做的意义是避免在加工试棒时, 将螺栓在热处理过程中出现的质量缺陷加工掉 (如微裂纹等) , 从而掩盖热处理过程中造成的质量缺陷。至少螺栓使用厂家应该将此项作为螺栓产品入厂检验的依据, 从而更好的确保风机的可靠运行。

另一方面, 建议螺栓生产厂家, 对不同级别, 不同规格的螺栓, 在稳定的热处理工艺下, 增加疲劳试验项目, 特别是低温疲劳试验, 为风机的整体设计提供可靠的依据。

2.4 高强度螺栓的使用

前面在螺栓接头的设计中, 讨论并分析了螺栓的紧固方式尽可能的采用拉拔的形式。但是在风机生产装配过程中还是要注意以下几个方面的问题。一是要注意两零件的接触面上一定不要有油渍等污染, 接触面要平整, 不能有凸点, 这些缺陷都会减低接触面的摩擦力, 致使有可能导致螺栓承受不应该有的横向切应力;二是在装配时要尽可能地使螺栓孔与螺栓对正, 至少要保证安装时螺栓能自由穿入螺栓孔;三是要每天使用拉拔器前, 对拉拔器上安装的压力表进行校验, 防止压力表失常, 导致拉力过大或过小等等。

3 结束语

细节决定成败, 我们工作中任何一个关键步骤上小的失误, 都有可能导致不可挽回的巨大损失。因此, 螺栓虽小, 它却承载着整台风机的安危, 切不可以小视!

以上是本人在工作中对连接型螺栓应用的一些体会, 提出来供各位专家讨论, 有不当之处, 敬请批评指导。

摘要：风机运行过程中, 风作用在叶片、机舱和塔筒上的载荷, 都是通过螺栓从一个零件传递到另一个零件, 直至风机基础。任何一个环节上螺栓的失效, 都可能带来灾难性后果。本文从设计、生产检验以及安装使用等不同方面, 讨论了应该考虑的因素和采取的措施, 通过采取这些措施, 可以更加有效地保证风机的安全运行。

风力发电机并网应用 第2篇

在风电场大规模集中并网应用方面，柔性直流输电技术相对于常规交流输电技术具有以下优势：

(1)风电场以直流形式连接电网，送、受端系统隔离，可避免故障在电网及风电场间传播，防止系统电压大幅振荡、功角失稳及风电场失速。

(2)可以对无功功率进行动态控制，提高并网系统电压稳定性，抑制并网风电场电压波动和闪变，改善并网系统电能质量。

(3)可精确控制有功潮流，为风电场提供优异的并网性能，提高并网系统暂态稳定性。

风力发电机并网应用 第3篇

1 技术研究概述

轻型直流输电技术 (VSC-HVDC) , 由ABB公司提出于90年代后期发展的一种新型的高压直流输电 (高压直流电, HVDC) 技术, 它采用绝缘栅极双极型晶体管 (IGBT) 和脉冲宽度调制 (PWM) 技术的电压源换流器 (Voltage Source Converter, VSC) 进行换具有于传统的HVDC技术相比, 可实现灵活的有功和无功功率独立控制, 可减少变流器站过滤设备体积, 易构成多端直流系统, 并采用经济优势和特种电缆直流输电。此技术在交流电压和无功功率风能主动控制能力方面, 对电波产生的快速反应能力尤其适合于并网风力发电系统。

轻型直流输电技术的一个重要应用是连接交换风力发电场与网络, 主要包括系统建模和特性分析两个方面。现存的研究模型:根据电压源换流器电路拓扑的机组动态数学模型, 通过分析风力发电机组的动态过程, 对轻型直流输电风力发电系统的控制结构和动态控制策略按照次序进行设计;将VSC等效为电压源, 再简化直流传输线的动态数学模型, 建立多个风电机组发电数学模型, 对风电场各机组的风能转换关系及运行原理进行研究。

轻型直流输电的风力发电系统控制研究主要有:为提高系统的稳定性和有效阻尼振荡, 使用非线性鲁棒控制等方法对轻型直流输电系统电压进行控制;让风能可以大量输出。该系统可以有效解决电压和功率要求的变化。非常合适在链接交换网络系统和风电场。

2 技术原理

2.1 系统结构

轻型直流输电 (VSC-HVDC) 技术, 是在IGBT和PWM波形基础上开发的一种最新型的高压直流的输电技术, 主要作用是实现两个系统互相之间的电能传输。它的拓扑结构, 如下图1所示:

典型的轻型直流输电系统拓扑结构由以下几个主要部分构成:

(l) 交换源 (AC Source) :用来连接两个交换源系统。甚至可以与不同频率的电网, 或者风电场或其他中小型发电设备和电网相连接, 轻型直流输电技术同时也应用于无源符合的电力负载系统;

(2) 变压器 (Transformers) :它和通信系统连接将交换网络电压转换为适合电能变换、VSC换流器站的振幅, 受VSC功率开关器件的大小限制, 振幅一般不超过+150千伏;

(3) 电抗器 (Phase reactors) :用于传输系统的有功和无功功率、电流的调节, 减少在VSC换流站中, 由于PWM技术而产生的高频谐波的含量;

(4) 交流滤波器 (AC filters) :谐波对交流系统等设备造成一定干扰, 采用PWM技术、滤波器的容量的过滤器比传统的高压输电会小很多;

(5) VSC换流站 (VSC Converters) :分受端和送端两个换流站, 分别对整流和逆变进行操作, 通过对VSC的控制, 实现系统对活跃无功功率传输和系统控制功能;

(6) 直流电 (DC Capacitors) :在受端和送端设立容量相等的两个电容, 目的是支持功率流动提供能量能量缓冲路径和电压缓冲区、以减少一侧的直流电压波纹;

(7) 直流电缆 ( (DC Cables) :新型直流电缆, 重量轻、体积小、绝缘性能好、传输能力强等特点, 适用于地下、水下铺设。

2.2 控制策略

轻型直流输电系统适用于功率输送, 要求VSC能独立控制有功和无功, 功率实现双向流动, 维护直流输电线路电压稳定;对电压波动的快速响应, 独立控制每个转换站。

传统的高压直流输电控制中:功率传输一端控制直流电压稳定, 另一端控制有功功率, 实现功率平衡, 潮流可以流到任何方向, 不能独立于有功控制。

轻型直流输电中:增设一个自由度来进行控制, 由于采用了PWM调制技术, 能独立操控有功和无功, 无功功率在不改变直流电压的情况下, 由交流电压或者设定值对送端或受端分别进行控制, 有功功率用交流侧设定值来控制交流电压、频率。

3 技术特点与应用领域

3.1 特点和优势

轻型直流输电技术是采用的基于IGBT和PWM技术的VSC, 其特性和优点胜于传统的高压直流输电系统和交流输电系统:

(1) 传统HVDC均采用自然换向的相控换流器 (PCC) , 由无自断能力的晶闸管 (Thyristor) 组成, 受端系统为逆变器提供变换相电压, 在弱交流系统的末端时, 用同步摄像机来改善换相条;轻型直流输电技术使用自关断电流的IGBT, 受端是无源网络, 减少对设备的需求;

(2) 系统通过VSC控制:实现相互独立的有功、无功功率传输。在有功不变, 交流系统无功实现动态补偿, 交流电压稳定, 实现静态无功补偿 (STATCOM) 功能, 并在电网故障时, 提供电网无功功率支持;

(3) 系统采用PWM控制技术:IGBT开关在高频状态下, 系统的滤波设备大幅下降, 只需要低通滤波即可设定的交流电压和电流;

(4) VSC换流器较适宜多端直流母线连接, 通过换流站之间的控制建立多端直流输电系统, 与交流系统有相同的拓扑结构。系统在潮流反转时能够保证直流电压的极性并且仅需要改变电流的方向, 即对潮流进行操控;

(5) VSC换流站独立于两端的交流源, 让系统对交流源的的干扰不敏感, 同时交流电压的故障也不影响到直流传输;当交流系统发生接地或短路故障而导致交流电压下降, VSC的控制作用直流电传输会自动调整到预定故障值;

(6) 整流侧和逆变侧的VSC控制系统能互相独立控制, 使控制器的可靠性和反应速度得到提高, 减少了传统的HVDC交流通信失败的风险。

3.2 应用领域

实际应用表明轻型直流输电技术, 在传输的电压低于±150kV、容量低于200MW的电力系统连接具有技术和经济上的优越性, 可应用于以下领域:

(1) 连接大电网和风力发电场。风力发电场均远离大电网负荷区地区, 从传输容量方面和建筑成本考虑, 使用轻型直流输电技术是实现电网和风电场互联的最佳解决方案之一;

(2) 清洁能源。风能, 太阳能、潮汐电站均建在偏远地区, 电能质量很难满足要求。轻型直流输电技术可提高电力电能质量, 降低经济投资, 改善电力传输效率, 使用地下电缆可减少对环境的破坏, 符合清洁能源保护环境的要求;

(3) 城市电网改造。大、中城市发展和建设使地面传输空间减小, 头顶配电网络不能满足电力建设要求, 使用地下电缆传输, 占用空间小, 提高有效容量和传动效率, 地下电缆轻型直流输电技术已城市电网改造和增加容量的可行性措施之一;

(4) 连接不同电网, 提高供电质量。风电、太阳能等供电系统输入网络后负载经常发生变化, 导致频繁的电网电压波动, 电网不稳定。轻型直流输电技术引进了更多的直流电源环网, 方便电网之间力量的支持, 从而提高传输的可靠性和灵活性。使不同容量不同频率电网之间的连接更方便, 对于电力谐波、电压闪变、电网负载变化等, 轻型直流输电技术可以通过VSC保持稳定电网。

结语

风能作为一种清洁的可再生能源已越来越多地受到各国关注并得以飞速发展。当前风电厂和电网多数使用交流电源系统链接, 这对风力发电机组输出和电网的稳定性提出了更高的需求。轻型传输技术是一种新型的基于VSC直流输电技术, 以GBT和PWM控制技术为基础, 通过对VSC的结构与控制设计, 使系统的有功和无功实现独立控制, 迅速调整变化中的交、直流电压, 采用特殊的电缆传输, 适用风力电场, 并实现与交流电网稳定连接。

参考文献

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风力发电和光伏发电并网问题研究 第4篇

关键词：风力发电,光伏发电,并网问题

0引言

风力发电是根据自然界的风力进行供电的一种方式, 而光伏发电是直接对太阳能进行使用的一种方式, 对于这两种新型能源提供方式来说, 其对于我国能源的节约以及环境的保护都具有积极的意义。但是, 由于这两种能源同我国传统使用的能源类型相比具有一定的差异, 就使其在实际调度以及运行的过程中难免会存在一定的问题, 对此, 就需要我们能够对这部分问题产生的原因进行良好地掌握, 从而更好地找寻解决的办法。

1风力发电和光伏发电并网过程中所存在的问题

对于光伏以及风力发电来说, 其所具有的发电功率波动都较大, 且具有较大的不确定性。对于使用风力以及光伏发电, 容量较大的系统就需要具有更高的发电备用容量以及输电网络容量。但是, 即使具备这部分条件其在并网的过程依然会出现一定的问题:

1.1孤岛效应所谓孤岛效应, 就是如果电力企业在实际供电的过程中由于维修以及出现故障而使电力出现了中断的现象, 那么用户端的发电系统却不能够及时地对这种停电行为进行检测, 从而将自身切离市电网络, 进而将周围的光伏以及风力发电网络形成一种脱离电力企业掌控的一个孤岛, 而出现这种情况的频率也会随着光伏以及电力发电量的增大而增大。如果出现了这种孤岛效应, 那么就很可能对电力企业线路的维修以及工作人员造成威胁;使配电系统中的保护开关动作程度受到影响, 并很可能会由于出现较大的冲击电流而对电力系统中设备的安全运行造成威胁;因为孤岛区域所存在的频率以及电压的波动性使系统设备受到危害等等。

1.2可靠性问题对于光伏以及风力发电方式来说, 其在实际应用过程中还存在着一定的不可靠性, 其主要表现为:首先, 当电力系统出现停电情况时间, 就会使光伏以及风力发电工作也会暂停, 不能够良好地提升供电工作的可靠性;其次, 如果两者在继电保护方面没有进行良好的落实, 那么也会使继电保护出现误动作的情况, 也会对可靠性产生影响;最后, 如果在安装环节中没有选择好两者的连接方式以及安装地点, 也会对整个系统的可靠性产生影响。而对其产生影响最大的就是风速灰根据天气所存在的随机性, 以及光照根季节以及天气所存在的不稳定情况, 从而使通过这两种方式进行供电的系统电压情况变化较大, 不能够使我们很好地对其进行预测。

1.3电网效益问题对于光伏以及风力发电方式来说, 其在接入系统之后可以将配网中原有的部分设备变成备用以及闲置的状态, 比如在这两种发电方式运行的过程中, 同配电系统相连接的电缆线路以及配电变压器往往会由于自身所具有的负荷情况较小而出现轻载的情况, 从而直接使配电设备成为两种新能源发电方式的备用设备, 进而造成整个配电网的成本增加、效益降低的情况。

2风力发电和光伏发电并网问题的解决措施

2.1构建风力发电和光伏发电系统的研究验证环境

2.1.1建模研究与验证环境对于风力发电和光伏发电系统来说, 需要能够首先对其发电系统的特性进行研究, 并在相应的电力分析软件中对这两种发电系统建立起全面的动态以及静态模型, 并将光伏发电同控制器的两种特性进行全面的比较, 并在比较的基础上建立起一套完善且全面的风力发电和光伏发电控制系统模型, 从而通过在电力软件对这两种发电系统所具有的供电能力进行计算的基础上, 为后续风力及光伏发电的验证以及测试打好基础。

2.1.2仿真实验环境在对风力及光伏发电系统进行建模研究之后, 也需要能够适时地对风力及光伏发电典型的案例进行研究, 并对典型案例的发电系统、运行方式、故障场景以及对其进行控制的措施进行研究分析, 之后再对这部分案例进行仿真计算, 从而能够通过这种方式不断地积累相关经验, 并以建立专门数据库的形式将这部分成功的参数以及做法为后续工作的开展作出保障。

2.2深入研究风力及光伏发电系统同电网共同作用的机理当风力及光伏发电网络通过微网的方式同电网进行连接之后, 两者间所具有的作用情况则是十分复杂的, 且会对电网的运行特性产生较大的影响。而对于这种情况来说, 则需要能够通过全新的方式对影响情况进行分析, 并且需要通过全新的分析方式对配电系统的稳定性以及同微网之间的影响进行研究, 从而通过这种形式来找出主网同微网之间所存在的本质区别以及发展的方式。

2.3研究新型配电系统的方式在对风力及光伏发电并网工作所具有的特点进行一定的掌握之后, 则需要对配电系统的方法以及规划理论进行一定的研究。首先, 需要找出风力及光伏发电电源的优化位置、容量以及选址情况, 从而以此为基础进一步地对风力及光伏发电的控制方式、并网方式以及接入位置等等进行研究, 并更好地分析电网对于电压波动以及电压谐波所产生的影响。而在实际开展规划的过程中, 也需要能够充分地对风力及光伏发电在电网运行过程中的合理性进行考虑, 并对其影响进行评估, 从而在电力系统的层面上保证整个配电网络能够以一种环保、经济、安全的方式运行。

2.4风力及光伏发电电网运行的控制设备及技术

2.4.1对于光伏发电系统而言, 其通过微网接入到系统之中, 从而以一种非常彻底的方式对系统故障原有的特征进行了改变, 而这也会使电网在出现故障后一系列电气量方面具有了非常复杂的变化, 而以往经常使用的故障检测方法以及保护方式也会因此而受到较大的影响, 对此, 就需要我们能够努力地根据实际情况, 在今后不断地研究新的电网保护方式以及新技术。

2.4.2当整个电网系统出现故障时, 并网分布式电源则会同主网断开, 并能够继续以独立运行的方式向本地符合继续进行供电。而面对这种情况, 为了能够更好地保障用电的质量以及安全, 就需要我们能够及时地对这种孤岛情况进行检测, 并对这种孤岛同系统所分离的部分实行适合的调控措施, 并在整个系统故障解决、恢复运行之后再继续以并网的方式运行。同时, 还需要我们能够努力研制出更及时、更准确的孤岛检测方式, 以及在紧急状态下对于孤岛进行划分的优化技术, 从而能够在系统产生故障时能够更好地对故障进行切除、更好地恢复供电。

3结束语

总的来说, 电力是我国目前社会以及经济发展过程中非常重要的一个环节, 而风力及光伏发电则更是保障我国电力事业良好发展、保护我国环境以及能源的有效方式, 需要我们能够对其引起充分的重视。在上文中, 对于风力及光伏发电的并网问题以及解决措施进行了一定的研究分析, 而在实际操作的过程中, 也需要能够充分地联系实际, 并以新知识、新技术的应用来保障风力及光伏发电技术能够更好地为我们所服务。

参考文献

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风力发电并网技术探讨 第5篇

1 风电机简介

风力发电机组包括异步风电机组和双馈风电机组, 相对于异步发电机组, 双馈风电机组有很大的优势, 其最大的优势在于双馈电机能根据风速来改变风机的转速。当风速较低时, 双馈电机能保持风机运行在最佳的叶尖速比, 从而得到最大的动能;当风速较大时, 双馈电机可以调节桨距释放多于能量, 从而使机组获得较平滑的动能。

2 双馈风电机组的模型

2.1 风速模型

风速是独立于发电系统的, 考虑风电场分布的随机性, 现在国内外较多的使用风力四分模型, 及基本风模型、随机风模型、阵风模型和渐变风模型。电机是电力系统中能源转换模块, 不同于传统传统电机, 在风力发电中须先将风能转化为叶片的动能, 之后由风叶传递能量转化为电能, 由空气动力学可知, 在一定的风速下, 风能利用系数越大, 机械输出功率越大。

2.2 电机稳态模型

双馈发电机的稳态等值电路如图1所示, 其相当于在普通绕线式异步电机等值电路的转子电路中加入了电压源。

3 等值建模的建立

图1中介绍了双馈电机的等值电路, 当风力发电机组发电机个数为两个时, 此时等效电路如图2所示。需要说明的是, 建模过程中不考虑尾流效应。

等值参数计算相对比较复杂, 当双馈电机组电机个数较多时, 用电路理论计算等值参数会相当繁琐、复杂。加权参数聚合法可以解决多台机组并联参数计算的复杂问题, 等值前后以它们各自容量为基值。

4 仿真

在Simulink仿真平台中搭建了实际模型和等值模型。实际模型中有单机容量为1.5MW的双馈发电机20台, 单机容量2MW的风机10台。采用一机一变方式将电压升至10k V后, 再用10k V/110k V变压器接入电网, 输电距离为30km。运用加权参数等值法, 可以算出等值后的等值机的参数, 将30机等效为一台机进行仿真。

稳态运行时的比较:

以渐变风为例进行稳态运行时的仿真。上升型的渐变风起始时刻为5s, 起始风速为8m/s, 上升斜率为1, 终止时刻为9s, 终止风速为12m/s, 下降型风速起始时刻为5s, 起始风速为14m/s, 下降斜率为1, 终止风速为8m/s。对上升型渐变风, 两种模型的响应曲线如图3所示;对于下降型渐变风, 两种模型的响应曲线如图4所示。

为了说明等值效果, 本文使用相对误差或平均相对误差来定量的说明。由仿真结果可知, 对于上升型渐变风等值模型与实际模型的有功功率最大相对误差为0.62%, 平均相对误差为0.27%, 出口处电压的最大相对误差为0.21%平均相对误差为0.11%。对于下降型渐变风, 等值模型与实际模型的有功功率最大相对误差为1.16%, 平均相对误差为0.29%, 出口处电压的最大相对误差为0.14%, 平均相对误差为0.007%。可以看出, 稳态时模型的误差是很小的。

5 结论

双馈风力发电机正常工作运行时转速随风速的变化而变化, 其等值过程与异步发电机相比有所区别。是否能够沿用异步机等值模型进行理论分析和验证值得商榷。本文在Simulink仿真平台中对风电场每台机组进行建模, 并建立了风电场的等值模型。仿真结果表明, 该等值模型能在稳态运行时保持良好的等值效果, 具有一定的可信度。

摘要：本文介绍了双馈电机的组成结构和工作原理;简述了风力场模型、双馈风电机工作稳态模型;并比较了电机容量加权法和多电机组并联时等值计算的参数聚合, 然后在Matlab/Simulink仿真平台中建立了风电场实际模型和等值模型。仿真结果表明, 该等值模型能在稳态运行时保持良好的等值效果, 具有一定的可信度, 仿真结果与理论分析相符, 证实了电机容量加权法可以在一定范围内适用于双馈型风电场等值。

关键词：风力发电,并网,探讨

参考文献

[1]王承煦, 张源.风力发电[M].北京:中国电力出版社, 2003.

[2]蔺红, 晁勤.风电系统建模与仿真分析[J].风力发电, 2000 (3) .

[3]Slootweg J G.Wind power modeling and impact on power system dynamics[D].Technische Universities Delft, 2003.

[4]Akhmatov V.Analysis of dynamic behavior of electric power systems with large amount of wind power[D].Rsted-DTU Technische.Universities of Denmark, 2003.

风力发电机组并网方式初探 第6篇

全球化能源危机日益严重,使得世界各国开始重视开发和利用可再生、无污染的能源,我国也不例外。中国是世界上最大的能源生产国和消费国之一,能源危机严重制约着国民经济的发展。而风电作为一种新型可再生能源,具有施工周期短、维护费用低、清洁无污染、不消耗任何燃料等优点,并且在中国风电资源也有着它独有的优势:首先中国的风能资源丰富,主要集中在西北、华北和东北;其次风电制造业发展迅速,从小功率风电机组的批量生产到大功率风电机组的批量生产,我国将逐步进入全球风电设备生产大国的行列;在中国风力发电发展空间大,政府对可再生能源的长期规划将引导风力发电产业快速发展[1~2]。

风力发电是目前新能源开发技术最成熟,也是最有规模化商业开发前景的发电方式之一,是世界上增长最快的新能源之一,在新能源发电装机容量中位居第一位。根据欧洲风能协会和绿色和平组织签署的《风力12——关于2020年风电达到世界电力总量12%蓝图》的报告,期望并预测2020年全世界的风力发电装机将达到12.31亿k W,年安装量达到1.5亿k W,届时风力发电量将占到全世界发电总量的12%。但是风力发电机组的可控性远不如火力和水力发电机组,因为风力发电的基本原理是天然风吹转叶片获得机械能,经过机械传动,通过齿轮箱提高转速带动发电机转子旋转发电[3],而作为原动机的风力机,其出力主要由自然界风速变化决定,所以人们只能在一定程度上进行控制,风力发电并网已成为首要问题。

根据发电机的运行特征和控制技术,风力发电技术一般分为恒速恒频(Constant Speed Constant Frequency,简称CSCF)风力发电技术和变速恒频(Variable Speed Constant Frequency,简称V S C F)风力发电技术。

1、恒速恒频风力发电机的并网

恒速恒频风力发电系统具有结构简单、成本低、过载能力强以及运行可靠性高等优点,是过去几年主要的风力发电设备[4]。但是在恒速恒频风力发电系统中,其发电设备主要是异步风力发电机,而异步风力发电机运行时,靠转差率来调整负荷,可直接并网,也可通过晶闸管调压装置与电网相连接。但是异步风力发电机在并网瞬间会出现较大的冲击电流,而过大的冲击电流会使发电机与电网连接的主回路中的自动开关断开,同时造成电压大幅度下降,使得低压保护动作,导致无法并网[5]。另外,异步发电机自身不发无功功率,需要无功补偿,当输出功率超出其最大转矩所对应的功率会引起网上飞车[6],因此必须严格监视并采取相应的有效措施才能保障风力发电机组的安全运行。

目前,国内外采用的异步风力发电机的并网方式主要有以下四种:直接并网,准同期并网,降压并网以及采用双向晶闸管控制的软切入法的并网方式。

1.1 直接并网方式

采用这种方式时要求发电机的相序与电网的相序相同,发电机转速接近(一般达到9 9%~1 0 0%)同步转速时即可并网。

1.2 准同期并网方式

采用这种方式时在转速接近同步转速时,先用电容励磁,建立额定电压,然后对已建立的发电机电压和频率进行调节和校正,使其与系统同步。当发电机的电压、频率、相位与系统一致时,将发电

1.3 降压并网方式

采用这种方式时在异步电机与电网之间串接电阻、电抗器或自耦变压器,以降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电抗器等要消耗功率,在发电机并入电网进入稳态时,再将其短接[7]。

1.4 采用双向晶闸管控制的软切入法的并网方式

采用这种方式时在异步发电机定子与电网之间每相串入一只双向晶闸管,接入的目的是将发电机并网瞬间的冲击电流控制在允许的限度内。当发电机达到同步速附近时,发电机输出端的短路器闭合,发电机组通过双向晶闸管与电网相连,通过电流反馈对双向晶闸管导通角控制,将并网时的冲击电流限定在额定电流1.5倍以上,从而得到一个比较平滑的并网过程,正常运行时,双向晶闸管被短接。

2、变速恒频风力发电机组的并网

变速恒频风力发电系统的发展依赖于大容量电力电子技术的成熟,从结构和运行方面可分为双馈感应发电机系统和直接驱动的同步发电机系统。变速恒频风力发电机组实现了发电机转速与电网频率的解耦,降低了风力发电与电网之间的相互影响,但是它缺点是结构复杂、成本高、技术难度大。

2.1 双馈式风力发电机及其并网

双馈风力发电技术是应用最广泛的风力发电技术之一。尤其是双馈感应发电机,不仅改善了风电机组的运行性能,而且大大降低了变频器的容量,至今已逐渐发展成风力发电的主流设备。双馈风力发电机为定子绕组直接接入交流电网,转子绕组由频率、幅值、相位可调的变流器提供三相低频励磁电流的新型电机[8],当转子绕组通过某一频率的交流电时,就会产生一个相对转子旋转的磁场,此时会在电机气隙中形成一个同步旋转磁场,转子的实际转速加上交流励磁电流产生的旋转磁场所对应的转速等于同步转速,从而改变了双馈电机定子电动势与电网电压向量的相对位置,也即改变了电机的功率角,因此有调节无功功率出力的能力。

由于风力发电机变速运行,其运行速度能在一个较宽的范围内调节,使风机风能利用系数CP得到优化,获得较高的系统效率,可以实现发电机较平滑的量,减少发电机温度变化[9]。

在双馈风力发电机的起动阶段,需要对发电机进行并网前控制以满足并网条件,即发电机定子电压和电网电压的幅值、频率、相位、相序均相同,才能使发电机安全地切入电网,进入正常的并网发电运行模式[10]。

当前,双馈风力发电机组的并网方式主要有以下三种:空载并网,独立负载并网以及孤岛并网方式。

2.1.1 空载并网方式

采用这种方式通过引入定子磁链定向技术对发电机输出电压进行测节。使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率、相位和幅值一致,满足并网条件时进行并网操作。

2.1.2 独立负载并网方式

采用这种方式的思路是:并网前发电机带负载运行,对发电机和负载进行控制,在满足并网条件时进行并网。这种并网方式的特点是,发电机具有一定的能量调节作用,降低了对原动机的调速能力要求,但是这种并网方式控制起来非常复杂,所需要的信息不仅取自于电网侧,同时还取自于定子侧。

2.1.3 孤岛并网方式

采用这种方式并网前需要形成能量环路,这个能量环路是这样形成的:首先进行预充电过程,当风力发电机启动后且发电机转速达到励磁范围时开始励磁,电网从预充电变压器经直流整流器向双P W M变流器的直流母线电容充电,用以激励整个系统,当定子电压达到额定值(控制器通过控制电机侧的逆变器使发电机定子发电电压达到额定值)时,发电机定子输出和转子输入与双P W M逆变器分别连接,形成独立能量环路。当发电机转速达到并网转速,控制系统将调节发电机电压与电网电压同步,同步后,并网。综上所述,这种并网方式可分为三个阶段,即励磁阶段,孤岛运行阶段以及并网阶段。

2.2 直接驱动的同步发电机

在风力机直接驱动同步发电机构成的变速恒频发电系统中,风力机直接与发电机相连,可省去增速齿轮箱,减少风力发电机的体积和重量,也降低噪声和维护费用。其发电机主要采用低速永磁同步发电机,具有性能好、效率高、无需励磁、体积小、重量轻的特点[11]。这种发电系统拓扑结构较简单,控制方法

为保证并网瞬间发电机与电网上的电压、频率及相序一致,通过控制器采集电网电压、频率及相序等参数,然后与逆变器输出电压等参数比较。当达到并网条件时进行并网。此种并网方式在并网瞬间不会产生冲击电流,不会引起电网电压的下降,也不会对发电机定子绕组及其他机械部件造成损坏。

3、结束语

近几年中国风电事业高速发展,随着风力发电机组容量的增大,在并网时对电网的冲击也越来越大。本文根据发电机组的特点,分别对恒速恒频和变速恒频风电机组的三种发电机的并网方式进行了初步的讨论。根据实际情况选择合理的并网技术是一个非常重要的问题,因为这直接关系到整个电网的正常运行。

摘要：风能是一种清洁的可再生能源,而风力发电可以有效地利用风能,我国的风电事业高速发展,但是仍存在着许多实际问题,风力发电机组的并网问题首当其冲。只有通过对各种风力发电机自身及其并网方式的研究,才能在实际中根据实际情况来选择相应的并网方式。本文对当前各种类型风力发电机组并网方式进行初步探讨,指出随着风力发电机组容量的增大,在并网时对电网的冲击也会越来越大,因此,不断改进现有的风电并网技术,减少对电网运行稳定性的影响是今后迫切需要解决的问题。

风力发电机并网应用 第7篇

1) 发电机容量必须在系统尖峰某一比例之上;

2) 某些特定用户必须使用并联传输线等, 然而这些规范多根据经验制定, 并无精确的科学理论。

本文使用可靠度指标作为评判风力机并网的可靠性, 对今后风电并网具有重要的指导意义[1,2]。

1 可靠度计算数学模型

1.1 随机变量及其分布函数

介于a与b之间的随机变量概率为:

1.2 随机变量的数值变动

存在密度函数f (x) 的连续随机变量x, 其期望为:

对于连续随机变量x, 其变量集合分散程度为

2 可靠度基本概念

电力系统可靠度, 通常为发电机组故障时, 用户端电力供应的减少程度, 即供电端不受故障因素影响持续供电的程度。

2.1 元件故障特性

许多原因造成的元件突发故障, 元件连续运行时间T可视为一随机变量, 其概率可表示为:

故障函数λ (t) 为元件连续运行时间t的条件下, 在时间Δt之内发生故障的概率为:

通过积分得到故障概率函数呈“浴缸状”, 且分为初期阶段、特殊阶段和退化阶段, 在特殊阶段, 故障率维持不变, 即

2.2 元件修复特性

当元件发生故障后, 其修复过程相当复杂, 主要是因为受多因素影响, 如:故障原因、故障位置、元件受损程度及修复能力, 故修复时间亦为随机变量, 修复率为:

平均修复时间为:

3 发电机组可靠度模型

3.1 单一发电机模型

机组因无预警故障而使机组无法运转的机率, 称为强迫停机率, 发电机概率模型有运转和故障两种状态, 而这两种状态的累积概率为:

3.2 发电机组模型

利用上式, 将值当作计算下次迭代的的值, 如此反复计算, 即可建立发电机组的失载表。

4 结论

本文介绍基本的概率理论与可靠度分析方法, 进而建立了电力系统发电机组的模型, 根据发电机组资料, 求出系统的失载表, 建立了单一发电机模型和发电机组模型的可靠度计算公式。

摘要：风力作为可再生能源成为各国致力开发的重点能源, 然而风速的变动直接影响供电品质, 这使得风力发电并网的可靠度分析成为一个研究热点。本文从可靠度计算数学模型, 可靠度基础概念、风力发电机组可靠度模型三方面入手, 探讨了风力发电机组发电系统并网的可靠度, 为该问题的解决提供理论依据。

关键词：电力品质,可在生能源,可靠度,风力发电机

参考文献

[1]王秀丽.风力发电系统发展现状分析[J].华电技术, 2010.

风力发电机并网应用 第8篇

风能资源是清洁的可再生能源,风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一[1,2,3,4,5]。

随着电力电子技术发展和成本降低,其在控制方面和电网接入方面为风力发电的性能改善提供了一个新的解决方案[6]。电力电子技术可以实现扇片的调速,从而可得到更多的风能,同时电力电子装置可以为风电并网系统中所出现的无功、谐波等电能质量问题提供解决方案。现将分别对固定速度和调速风力发电机,针对不同拓扑结构的工作原理进行比较与分析,并针对不同类型的风电系统的电能质量问题进行分析。

1 恒速恒频风电系统

恒速恒频发电机系统采用的是普通异步发电机,这种风电机组的发电机正常工作在超同步状态,转差率为负值,并且其变化范围较小,所以被称为恒速恒频风力发电机组[7]。恒速恒频风力发电机组原理图如图1所示。

目前,国内应用较多的是恒速恒频发电机组,但是电力电子装置应用较少,其中也有些机组的转子回路接入电阻,用电力电子器件控制转子电流的大小来调节转速。这种风电机组的主要缺点是:当风速迅速增大时,风能将通过桨叶传输给主轴、齿轮箱和发电机等部件,产生很大的机械应力,引起这些部件的疲劳损坏;同时在正常工作时这类风电机组无法对电压稳定进行控制,不能和同步发电机一样提供电压支撑能力,因此,当电网故障时会影响系统电压的恢复和系统稳定。这也是普通异步发电机的风电机组的主要缺陷。其次,因为恒速恒频风力发电系统发出的电能是随风速波动的,若风速急剧变化,可能会引起风电机组发出的电能质量有问题,如电压闪变、无功波动等。通常在这类风电系统中采用静止无功补偿器SVC或TSC来进行动态无功补偿,并通过软启动方法抑制启动时的发电机电流。

2 变速恒频风电系统

随着电机变频调速技术的不断发展,采用双馈异步发电机和永磁多极同步电机的变速恒频风力发电系统得到了更加广泛的研究与应用[8,9,10]。

变速恒频风力发电系统有下列优点:

a.根据风速的变化,风力机以不同的转速旋转,减少了对风力机等机械装置的机械应力;

b.通过对最佳转速的跟踪,风力发电机组在可发电风速范围内均可获得最佳功率输出;

c.风力机能够对变化的风速起到一定的缓冲,使输出功率的波动变化减小;

d.通过对风电机组有功和无功输出功率进行解耦控制,并采用一定的控制策略,可以分别单独控制风电机组有功、无功的输出,具备电压的控制能力。

因此,变速恒频风力发电系统对电网的稳定安全运行很有利。当前的变速恒频风力发电系统中较多的是采用双馈异步发电机的风电机组,该类机组在国外的应用已经很普及,国内新建的风场也大都采用这种机型。另外,采用永磁多极同步发电机的风电机组技术已比较成熟,国外已开始应用。采用双馈异步发电机系统的风电机组原理图如图2所示。

在双馈风力发电机组的控制方面,电力电子装置起到了关键作用。当风速变化引起发电机转速n变化时,通过变频器调整转子电流的频率fr,可使定子频率fs恒定,即应满足:fs=p fm+fr。其中,fs为定子电流频率,与电网频率相同;fm为转子机械频率;p为电机的极对数;fr为转子电流频率。有下述3种情况:

a.n<n1(n1为定子旋转磁场转速)时,发电机处于亚同步状态,此时变频器向发电机转子提供交流励磁电流,发电机通过定子向电网提供电能;

b.当n>n1时,此时发电机处于超同步状态,由定子和转子共同向电网提供电能;

c.当n=n1时,发电机处于同步状态,此时发电机等效为同步电机运行,变频器向转子提供直流励磁。

双馈电机通过变频器调节转子的励磁电流实现变速恒频控制,此时转子电路的功率只是由交流励磁发电机的转速运行范围决定转差功率,该转差功率仅为定子额定功率的一小部分,所以对变频器的容量要求、控制难度及成本大幅度降低。并且采用变频器调节交流励磁的双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制,还可以对有功、无功功率实现单独解耦控制,对电网而言可起到补偿无功和稳定电压的作用。双馈风力发电机组的有功与无功控制如图3所示。

双馈风力发电机组有如下优点:

a.转子侧仅传递转差能量,变频器容量要求大幅降低,且发电机可在50%的同步转速时正常工作;

b.双馈电机中变频器的谐波含量较少,减少了相应的滤波器容量,降低了成本;

c.可以通过调节双馈发电机发出和吸收的无功功率,实现无功调节和电压控制。

3 永磁多极同步发电机的风电系统

在永磁多极同步风力发电机组中,在发电机和电网之间安装有电力电子变流器,可实现对有功和无功的解耦控制,且当风速发生变化时也可以保证所发电能的电能质量。永磁多极同步发电机的风电系统结构如图4所示。

该系统的工作原理如下:首先,采用永磁多极同步发电机发出频率变化的交流电,然后通过整流装置将该频率变化的交流电整流成为直流电,最后再通过逆变器将直流电变换为工频的交流电送入电网。这种系统在并网时没有电流冲击,可以对发电机的无功功率进行调节。但是,所有的电能都要通过变流器送入电网,因此变流器容量和风力发电系统的容量相同,电力电子变流器设备成本较高,并且有高频电流谐波注入电网。与传统的风力发电机相比,永磁多极同步风力发电机组可以更多地捕获风能和提高风电机组发出电力的电能质量,虽然成本较大,但对系统的稳定运行有利。

永磁多极同步发电机的转子为永磁式结构,无需外部提供励磁电源。其变速恒频控制是在定子电路实现的。把永磁发电机的交流电通过变流器转变为与电网同频率的交流电,因此变流器的容量与系统的额定容量相同。采用永磁发电机可做到风力机与发电机的直接耦合,省去了齿轮箱,即为直接驱动式结构,可大幅减少系统运行时由于齿轮箱等机械装置导致的故障,从而提高整个风电机组的可靠性[11,12,13]。

4 风电系统的软并网装置和无功补偿设备

在直接与电网相连的风电系统中常用鼠笼型异步发电机,如果直接并网会使得并网电流较大,因此常采用电力电子软并网装置进行软并网。异步发电机通过晶闸管平稳并网,可以将并网电流限制在额定电流的1.5倍以下,从而得到一个较为平滑的并网暂态过程,有效避免了保护装置的误动作,实现风力发电机的顺利并网。

由于异步发电机的功率因数一般较低,为了提高功率因数,通常在异步发电机出口处接有无功补偿设备。常用的无功补偿设备有并联电容器补偿装置、静止无功补偿器、静止无功发生器等。

并联电容器补偿装置采用接触器或电力电子开关在风电运行中按照一定的顺序进行分组投入或切出,能够将补偿前较低的功率因数提高到约0.98。由于并联电容器补偿装置成本低,因此在无功补偿方面应用广泛,但因其调节不连续、响应速度慢,很难对风机无功功率实现快速补偿。

静止无功补偿器由多台(组)可投切电容器、快速可调整容量的电抗器以及各次谐波滤波装置组成,装置的响应速度快,能迅速跟踪变化的无功,可较大幅度调节由风速变化引起的电压变化,滤除谐波,从而提高电能质量。

静止无功发生器是采用特定的检测方法获得需补偿的无功电流后再通过电力电子变流器产生该部分无功电流,以实现无功的迅速补偿。静止无功发生器可以实现对谐波与无功的综合补偿与抑制,补偿范围较大,目前得到了较为广泛的关注[14,15]。

5 风电并网技术的发展前景

通过采用电力电子技术,风电机组的运行特性大为改善;通过有功、无功控制,风电机组可以对系统的频率和电压控制起到一定作用;而大规模风电场的并网运行,也将会逐渐降低风力发电的成本,使风力发电更为普及。因此,现今的电力电子技术对于风电机组的控制、电能的转换以及电能质量的改善都能起到关键作用,具体应考虑以下几个方面:

a.为增加风能的利用效率和减小电力电子变换器的能耗,要选择适合的电力电子变换器来匹配变速风力发电机系统;

b.增加无功动态补偿装置SVC或TSC有利于电网和风力发电机的故障恢复;

c.每个系统结构都有自己的特征和适宜性,针对于不同的海上风场要具体考虑,选择最适合的系统结构,大容量海上风电场将广泛应用电力电子装置。

6 结语

风力发电技术的发展,使得风力发电的成本进一步降低,其在电力市场中所占份额得以提高,具备了和常规能源竞争的能力,加快了世界能源结构的优化。然而,如何更加有效地利用风能、提高风力发电系统的效率、减小并网冲击和电力谐波、提高功率因数也给风力发电系统的控制技术提出了更高的要求,是目前风力发电系统研究的重要课题之一,而电力电子技术及现代控制技术的发展为解决这一课题提供了较好的技术方案。