1、PAGE1 / NUMPAGES25文檔風力發(fā)電對電網影響的研究摘要風力發(fā)電作為一種綠色能源有著改善能源結構，經濟環(huán)保等方面的優(yōu)勢，也是未來能源電力發(fā)展的一個趨勢，但風力發(fā)電技術要具備與傳統(tǒng)發(fā)電技術相當的競爭力，還存在一些問題有待解決，本文從風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響入手，總結了風電網并入電網主要面臨的一些技術問題，如風力發(fā)電場的規(guī)模問題，對電能質量的影響，對穩(wěn)定性的影響，對保護裝置的影響等，然后針對這些技術問題，提出了一些解決方案及措施。并介紹了一些新的措施，以建設我國具有自主產權的風電產業(yè)。關鍵詞:風力發(fā)電，電能質量，穩(wěn)定性，解決方案文檔目錄摘要.1第一章風力發(fā)電的歷史與發(fā)展.41.1風力發(fā)

2、電的意義.41.2世界風力發(fā)電的發(fā)展狀況.41.3中國風力發(fā)電的發(fā)展狀況.5第二章風力發(fā)電系統(tǒng).62.1風力發(fā)電的原理.62.2恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng).62.3變速恒頻發(fā)電系統(tǒng).62.3.1不連續(xù)變速系統(tǒng).72.3.2連續(xù)變速系統(tǒng).72.3.3變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的特文檔點.82.3.4變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的結構.8第三章功率控制系統(tǒng).93.1異步發(fā)電機.93.2整流裝置.93.21整流電路的選擇策略.93.2.2穩(wěn)壓電路的選擇策略.103.2.3逆變電路的選擇策略.113.3控制系統(tǒng).11第四章風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響.124.1對電能質量的影響.124.1.1影響.124.1.2解決措施.12文檔4.2

3、對電網穩(wěn)定性的影響.134.2.1影響.134.2.2解決措施.134.3對保護裝置的影響.144.3.1影響.144.3.2解決措施.144.4電壓穩(wěn)定性.14第五章風電場對策.155.1無功控制有功調度.155.2低壓穿越.155.3風電功率預測技術.15結語.文檔.17參考文獻.18附錄.19文檔第一章風力發(fā)電的歷史與發(fā)展1.1風力發(fā)電的意義能源是國民經濟發(fā)展和人類生活必須的重要物質基礎。我國能源面臨最突出的問題是國內化石類能源供應嚴重不足。一項關于我國未來能源供需報告曾預測，2020年國內可供應常規(guī)能源的量不到2億噸標準煤，能源缺口將為4億5億噸，需要從國外進口。如果要減輕我國對石油和

4、天然氣進口的依賴，必須調整能源結構，大規(guī)模開發(fā)可再生資源?？稍偕茉磳⒆鳛橹饕奶娲茉矗L力發(fā)電則是可再生能源發(fā)展的的重點，市場廣闊、前景光明、將為國民經濟發(fā)展提供更充足的物質保證。風力發(fā)電是當前既能獲得能源，又能減少有害氣體排放的最佳途徑之一。目前我國的電能結構中75%是煤電，排放污染嚴重，增加風電等清潔能源比重刻不容緩。在減少室溫氣體二氧化碳和導致酸雨的二氧化硫等有害氣體排放、保護環(huán)境、緩解全球氣候變暖方面，風電是有效措施之一。風力發(fā)電產生的效益除了經濟和環(huán)境效益以外，還有就業(yè)效益和脫貧致富等社會綜合效益。綜上所述，發(fā)展風力發(fā)電意義重大，及減少對石油、煤炭等化石類能源的依賴，減少環(huán)境污

5、染；又能創(chuàng)造就業(yè)，促進地區(qū)經濟增長。風力發(fā)電是現代社會成熟的、效率最為顯著的能源轉換技術之一，具有無可比擬的優(yōu)勢。1.2世界風力發(fā)電的發(fā)展狀況隨著國際社會能源緊缺壓力的不斷增大，風力發(fā)電得到了高度的重視。近20多年來，風電技術日趨成熟，應用規(guī)模越來越大。風力發(fā)電在歐洲發(fā)展最快，德國的風電發(fā)展處于領先地位，在近期德國制定的風電發(fā)展長遠規(guī)劃中指出，到2025年風電要實現占電力總容量的25%，到2050年實現占總用量的50%的目標。另外，丹麥的風能發(fā)電已經可以滿足18%的用電需求，法國也在制定風能發(fā)電的長遠發(fā)展規(guī)劃。同時，亞洲的風力發(fā)電也在保持較快的發(fā)展勢頭。其中，印度政府積極推動風能發(fā)展，積極鼓勵

6、大型企業(yè)進行投資發(fā)展風電，并保持實施優(yōu)惠政策激勵風能制造基地，目前印度已經成為世界第五大風電生產國。（附錄1、附錄2、附錄3）1.3中國風力發(fā)電的發(fā)展狀況我國地域幅員遼闊，是世界上風力資源較為豐富的國家之一，全國可開發(fā)利用的風能約2.5億千瓦。有沿海（XX、XX、XX、XX）和東北至西北（包括XX、XX、XX）兩大風帶，風的質量很好，為開發(fā)風力發(fā)電提供了基礎環(huán)境和條件，因此我國也在大力提倡風力發(fā)電。我國從70年代開始進行并網風力發(fā)電的嘗試。早期，XX，XX等文檔地引入國外風力發(fā)電機組開始我國風電場的運行試驗與示X。1997年在國家有關優(yōu)惠政策和國家計委“成風計劃”的推動下，年總裝機容量越至10

7、.88萬千瓦。總的來說我國風能并網發(fā)電已經走過了30年歷程，但是跟國外相比，我國裝機容量仍然偏低，并且從設備制造水平來說還未走出“試驗”階段，但是同時也看出我國風電潛力巨大。（附錄4）隨著風電技術的日趨完善，已經形成一種富有活力的新興產業(yè)，并向產業(yè)化、設備化、大型化、設備實用化、取能高度化、成本低廉化和開發(fā)多元化等方向發(fā)展。（附錄5）文檔第二章風力發(fā)電系統(tǒng)2.1風力發(fā)電的原理因為風力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染，風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮。風力發(fā)電的原理比較簡單，類似于水利發(fā)電，風力發(fā)電就是利用風力帶動風車葉片旋轉，在透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據目前的風

8、車技術，大約是每秒三公尺的微風速度，便可以開始發(fā)電。風機發(fā)出的電因為質量不高難以直接應用，所以要實現利用就必須要將發(fā)出的電能進行變換，滿足并網要求，這樣就需要我們設計一個可靠的整流逆變系統(tǒng)和控制系統(tǒng)來對其進行變換和控制，使其滿足條件。2.2恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)一般說來比較簡單。所采用的發(fā)動機主要有兩種，即同步發(fā)電機和鼠籠型感應發(fā)電機。前者運行于由電機級數和頻率所決定的同步轉速，后者則以稍高于同步速的轉速運行。風力發(fā)電中所用的同步發(fā)電機絕大部分是三相同步電機。其輸出連接到鄰近的三相電網或輸配電線。其輸出連接到鄰近的三相電網或輸配電線。因為三相電機比起相同額定功率的單相電機來，一般體積

9、小、效率較高、而且便宜，所以只有在功率很小和僅有單相電網的少數情況下才會考慮用單相發(fā)電機。同步發(fā)電機的主要優(yōu)點是可以像電網或負載提供無功功率，一臺額定容量125KVA、功率因數為0.8的同步發(fā)電機可以在提供100KW額定功率的同時，向電網提供+75KW和-75KW之間的任何無功功率值。它不僅可以并網運行，也可以單獨運行，滿足各種不同負載的需要。同步發(fā)電機的缺點是它的結構以及控制系統(tǒng)比較復雜，成本相對于感應發(fā)電機也比較高。感應發(fā)電機也稱為異步發(fā)電機，有鼠籠型和線繞型兩種。在恒速恒頻系統(tǒng)中，一般采用鼠籠型異步發(fā)電機。它的定子鐵心和定子繞組的結構與同步發(fā)電機相同。轉子采用籠形結構，轉子鐵心由硅鋼片疊

10、成，呈圓筒形。槽中嵌入金屬導條，在鐵心兩端用鋁或銅端環(huán)將導條短接。轉子不需要外加勵磁，沒有滑環(huán)和電刷，因而結構簡單、堅固，基本無需維護。（附錄6、附錄7）2.3變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)這是20世紀70年代中期以后逐漸發(fā)展起來的一種新型風力發(fā)電系統(tǒng)，其主要優(yōu)點是在于風輪以變速運行，可以在很寬的風俗X圍內保持近乎恒定的最佳葉尖速比，從而提高文檔了風力發(fā)電機的運行效率，從風中獲取的能量可以比恒速風力發(fā)電機高得多。此外，這種風力發(fā)電機在結構上和使用中還有很多的優(yōu)越性。利用電力電子學是實現變速運行的最佳最好的辦法之一，雖然與恒速恒頻系統(tǒng)相比可能使風電轉換裝置的電氣部分變得較為復雜和昂貴，但電氣部分的成本在中、大

11、型風力發(fā)電機組所占比例不大，因而發(fā)展中、大型變速恒頻風電機組受到許多國家的重視。2.3.1不連續(xù)變速系統(tǒng)一般來說，利用不連續(xù)變速發(fā)電機可以獲得連續(xù)變速運行的某些好處，但不是全部好處。主要效果是比以前單一轉速的風電機組有較高的年發(fā)電量，因為它能在一定的風速X圍內運行于最佳葉尖速比附近。但它對風速的快速變化實際上只是一臺單速風力機，因此不能期望它像連續(xù)變速系統(tǒng)那樣有效的獲取變化的風能。更重要的是，他不能利用轉子的慣性來吸收峰值轉矩，所以這種方法不能改善風力機的疲勞壽命。2.3.2連續(xù)變速系統(tǒng)連續(xù)變速系統(tǒng)可以通過多種方法來得到，包括機械方法、電/機械方法、電氣方法及電子學方法等。機械方法如采用變速比

12、液壓傳動或可變傳動比機械傳動，電/機械方法如采用定子可旋轉的感應發(fā)電機，電氣式變速系統(tǒng)如采用高滑差感應發(fā)電機或雙定子感應發(fā)電機等。這些方法雖然可以得到連續(xù)的變速運行，但都存在這樣或那樣的缺點和問題，在實際應用中難以推廣。目前看來最有前景的當屬電力電子學方法，這種變速發(fā)電系統(tǒng)主要有兩部分組成，及發(fā)電機和電力電子變換裝置。發(fā)電機可以是市場上已有的，通常電機如同步電機、鼠籠型感應發(fā)電機、繞線型感應發(fā)電機等。也有近來剛研制的新型發(fā)電機如磁場調制發(fā)電機、無刷雙饋發(fā)電機等；電力電子變換裝置有交流/直流/交流變換器和交流/交流變換器等。2.3.3變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的特點變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的特點是風力機和發(fā)電

13、機的轉速可在很大X圍內變化，而不影響輸出電能的頻率?？梢酝ㄟ^適當的控制，使風力機的尖速比處于或接近最佳值，從而可以最大限度的利用風能。另外，對于恒速風機來講，當風速躍升時，巨大的風能將通過風輪機傳遞給主軸、齒輪和發(fā)電機等部件，在這些部件上產生很大的機械應力，如果這種過程重復出現會引起這些部件的疲勞損壞，因此設計時應該加大安全系數，從而導致制造成本增加。而風力發(fā)電機采取變速運行時，當風速躍升產生的巨大風能，部分被加速旋轉的風輪吸收以功能的形式儲存于高速運轉的風輪中，從而避免主軸及傳動機構承受過大的扭矩和應力。當風速下降時，在電力電子裝置調控下，將高速風輪所釋放的能量轉變?yōu)殡娔芩腿腚娋W，風輪的加速

14、、減速對風能的階躍性變化起到緩沖作用，使風力機內部能量傳輸部件的應力變化比較平穩(wěn)，防止破壞機械應力產生，從而使風力發(fā)電機組運行更加平穩(wěn)和文檔安全。2.3.4變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的結構變色恒頻風力系統(tǒng)以變速恒頻為核心，系統(tǒng)結構包括：風能機、齒輪箱、異步發(fā)電機、整流裝置、儲能裝置、控制系統(tǒng)六部分。文檔第三章功率控制系統(tǒng)3.1異步發(fā)電機異步發(fā)電機三相電樞繞組的輸出電壓將是由頻率為frf和frfm的兩個分量組成m的調幅波。通過并聯橋式整流器整流，然后通過可控硅開關電路，將波形的一半反向，最后經濾波器濾波，即得到與發(fā)電機轉速無關頻率為f的恒頻正旋波輸出。它實質上是利用m一臺三相高頻交流發(fā)電機，通過磁場調制和

15、解調技術來產生一個所需的低頻單相輸出。發(fā)電機系統(tǒng)輸出電壓的頻率和相位僅取決于勵磁電流的頻率和相位，而與發(fā)電機的轉速無關。這個特點非常適合用于并網運行，風力發(fā)電機的勵磁通過勵磁變壓器取自電網，這樣，風力發(fā)電機的輸出總是自動與電網同步，不存在失步問題，而且整個系統(tǒng)控制相當簡單，運行非?？煽?。它的另一個優(yōu)點是可以使風力機在很大風速X圍內按最佳效率運行，提高了風能轉化效率，且簡化風力機的調速機構，只需采取適當的限速措施即可，并且在限速運行區(qū)仍可允許轉速有一定X圍的波動，從而可降低風力機機械部分的造價，并能提高運行可靠性。另外，電路輸出波形中諧波分量很小，可以得到相當好的正弦輸出波形。異步發(fā)電機一直是風

16、能系統(tǒng)中常用的能量轉換器，因為把異步發(fā)電機并入電網的手續(xù)極為簡單，只要將轉子帶動到盡可能接近同步轉速，并注意轉子向定子旋轉磁場轉向一致，即可并入電網。通常同步發(fā)電機并入電網時必須整步，并且并入電網時有時會發(fā)生振蕩與失步。而且，變速運行的風力發(fā)電機能捕捉更多的風能，這可從三個方面來說明：當風速低于用來發(fā)出與電網同頻率電能所需的速度時，仍能利用此時的風能。第二，通過對電壓和頻率的動態(tài)控制允許發(fā)電機工作在最大效率點。第三，電壓和頻率的動態(tài)控制使電機勵磁能跟蹤風俗變化，因此可以降低機械傳動的能量損耗。但該機組的主要缺點是風速小時，電能輸出少。為此在風力發(fā)電機組的機電變換器線路中利用不同極對數和不同額定

17、功率值的兩臺異步發(fā)電機的方法，可以達到增加輸出的目的。該方案是在電網頻率不變的情況下，由風輪運行工況變換為電機轉速變化工況，從而增加了電能輸出，還可以實現機組的平衡起動和電磁制動，以及電網電壓故障時，控制線路中的伺服電動機可得到備用電源。利用兩臺發(fā)電機無疑會增加風力發(fā)電機組的年發(fā)電量，但同時也會增加主電氣設備的成本，增加這就的運行費用。因此，也有采用一臺雙速變極發(fā)電機來替代兩臺不同額定功率值得異步發(fā)電機。3.2整流裝置3.2.1整流電路的選擇策略1）整流電路是電力電子電路中出現最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?，應用十分廣泛，電路形式多種多樣，各具特色?？蓮母鞣N角度對整流電路進行分類，分類方法有

18、：文檔按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結構可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數可分為單相電路和多相電路；按變壓器二次側電流的方向可分為單向或雙向；又分為單拍電路和雙拍電路。2）各種整流電路優(yōu)缺點的比較A）單相半波可控整流電路的特點是：簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設備的容量。B）單相橋式全控整流電路與單相全波二者的區(qū)別在于：單相全波可控整流電路中變壓器的二次繞組帶中心抽頭，結構較復雜。繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗比單相全橋多，在當今世界上有色金屬資源有限的情況下，這是不利的。單相全波

19、可控整流電路中只用2個晶閘管，比單相全控橋式可控整流電路少2個，相應的，晶閘管的門及驅動電路也要少2個；但是在單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋式整流電路的2倍。單相全波可控整流電路中，導電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而也少了一次管壓降。C）單相橋式半控整流電路的特點：該電路實用中需加設續(xù)流二極管VDR，以避免可能發(fā)生的失控現象。D）電容濾波的單相不可控整流電路的特點：適用于交直交變換器、不間斷電源、開關電源等應用場合中，常用于小功率單相交流輸入的場合。3.2.2.穩(wěn)壓電路的選擇策略開關穩(wěn)壓電源發(fā)展迅速，種類繁多，從工作方式上，可分為可控整流型、斬波型和隔離型三

20、大類。1）所謂可控整流型開關穩(wěn)壓電源，是指采用可控硅整流元件做調整開關，由交流市電電網供電，可直接供電，也可經過變壓器變壓后供電。在可工作的半波內，截去正弦曲線的前一部分，這部分所占角度成為截止角，導通的正弦曲線的后一部分稱為導通角，靠調導通角的大小，達到調整輸出電壓和穩(wěn)定輸出電壓的目的。2）所謂斬波型開關穩(wěn)壓電源指直流供電，輸入直流電壓加到開關電路上，在開關電路的輸出端得到單向的脈動直流，經濾波得到與輸出電壓不同穩(wěn)定的直流輸出電壓，從輸出電壓取樣，經比較、放大、控制脈沖信號，控制調整開關的導通時間和截止時間的相對長短達到穩(wěn)壓的目的。3）所謂隔離型開關電源，是指輸出回路與逆變電路之間，經過高頻

21、變壓器，由磁場的變化實現能量傳遞，沒有電流之間的直流接通。習慣上稱為直流變換器。直流變換器不都是隔離型開關穩(wěn)壓器，如正弦波震蕩狀態(tài)，還有不少直流變換器沒有穩(wěn)壓功能。嚴格的說，直流變換器包括隔離開關型穩(wěn)壓器，但為了通俗，還是采用直流變換器一詞。直流變文檔換器是指直流電壓供電，經開關電路，將直流變?yōu)榻涣?，因與整流作用相反，因此通常稱為逆變器。經過逆變器將直流供電能量轉變成頻率很高的交流能量，再經變壓器隔離、變壓，再整流，得到新的直流輸出電壓。從輸出取樣，經放大、反饋至逆變器，控制它的工作，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。3.2.3.逆變電路的選擇策略1）直接逆變后用工頻變壓器升壓至交流220V這種方法電路

22、結構簡單，控制也比較容易。但是因為使用工頻變壓器，從而增大了體積、重量和成本。另外，逆變時由于輸入電壓低，造成電流大，功率管的選擇比較困難。還有逆變后電流比較大，從而后級工頻變壓器的制作也比較困難。2）高頻鏈逆變技術逆變出交流220V電壓這種方法因為使用高頻變壓器，因此體積小、重量輕、成本也低。但是由于是新興技術，逆變時要精確確定電壓過零點和電流過零點，因此控制電路比較復雜、難以控制。另外，目前采用高頻鏈逆變技術的逆變器只能用于低功率X疇。3）高頻升壓后接逆變器逆變出交流220V電壓這種方法不但控制簡單，而且也避免了使用工頻變壓器。升壓電路可供選擇的電路結構形式有多種，如升壓斬波器、升降壓斬波

23、器、單端反激式、雙端開關電源等。實際中可以選擇輸出隔離的電路結構形式，也可以選擇不隔離的電路結構形式。3.3控制系統(tǒng)為使風力機組能夠穩(wěn)定運行，必須對其進行有效的控制?？紤]到風力發(fā)電機組的特殊性，按重要性的順序，控制器應依次滿足以下要求：1）風能轉換系統(tǒng)是穩(wěn)定的；2）運行過程中，在各種不確定的因素如陣風、剪切風、負載變化作用下具有魯棒性；3）控制代價小，即對不同輸入信號的幅值有一定限制，如調向的時間等；4）最大限度的將風能轉化為電能，即在額定風速以下，可能使發(fā)電機在每一種風速時，輸出的電功率達到最大，額定風速以上時則保持輸出電功率為常量；5）風力發(fā)電機輸出的電功率保持恒壓恒頻，有較高的電能品質質

24、量文檔第四章風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響4.1對電能質量的影響4.1.1影響風資源的不確定性和風電機組本身的運行特性使風電機組的輸出功率是波動的，可能影響電網的電能質量，如電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波以及周期性電壓脈動等。電壓波動和閃變是風力發(fā)電對電網電能質量的主要負面影響之一。電壓波動的危害表現在照明燈光閃爍、電視機畫面質量下降、電動機轉速不均勻和影響電子儀器、計算機、自動控制設備的正常工況等。影響風力發(fā)電產生波動和閃變的因素有很多:隨著風速的增大，風電機組產生的電壓波動和閃變也不斷增大。并網風電機組在啟動、停止和發(fā)電機切換過程中也產生電壓波動和閃變。風電機組公共連接點短路比越大，風電機組引起

25、的電壓波動和閃變越小。另外，風電機組中的電力電子控制裝置如果設計不當，將會向電網注入諧波電流，引起電壓波形發(fā)生不可接受的畸變，并可能引發(fā)由諧振帶來的潛在問題。異步電機作為發(fā)電機運行時，沒有獨立的勵磁裝置，并網前發(fā)電機本身沒有電壓，因此并網時必然伴隨一個過渡過程，流過56倍額定電流的沖擊電流，一般經過幾百ms后轉入穩(wěn)態(tài)。風力發(fā)電機組與大電網并聯時，合閘瞬間的沖擊電流對發(fā)電機及電網系統(tǒng)安全運行不會有太大影響。但對小容量的電網，風電場并網瞬間將會造成電網電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一電網上的其他電器設備的正常運行，甚至會影響到整個電網的穩(wěn)定與安全。4.1.2解決措施一、改善電網結構并網風電機組的

26、公共連接點短路比和電網的線路x/r比是影響風電機組引起的電壓波動和閃變的重要因素。風電機組公共連接點短路比越大，風電機組引起的電壓波動和閃變越小。合適的電網線路x/r比可使有功功率引起的電壓波動被無功功率引起的電壓波動補償掉，從而使整個平均閃變值有所減輕。研究表明，當線路x/r比很小時，并網風電機組引起的電壓波動和閃變很大。當線路x/r比對應的線路阻抗角為6070時，并網風電機組引起的電壓波動和閃變最小。另外，通過人工干預使風電機組不同時啟停，可以減小啟停機對電網的影響。二、安裝電力電子裝置對于風電場并網過程對電網造成的沖擊，通常采用的是雙向晶閘管控制的軟啟動裝置。當風力機將發(fā)電機帶到同步速附

27、近時，發(fā)電機輸出端斷路器閉合，使發(fā)電機經一組雙向晶閘管與電網連接，通過電流反饋對雙向晶閘管導通角進行控制，使雙向晶閘管的觸發(fā)角由文檔180向0逐漸打開，并網過程結束后，將雙向晶閘管短接。通過采用這種軟啟動方式，可以將風電場并網時的沖擊電流限制在1.21.5倍額定電流以內，得到一個比較平滑的并網過程。4.2對電網穩(wěn)定性的影響4.2.1影響風力發(fā)電通常接入到電網的末端，改變了配電網功率單向流動的特點，使潮流流向和分布發(fā)生改變，這在原有電網的規(guī)劃和設計時是沒有預先考慮的。因此，隨著風電注入功率的增加，風電場附近局部電網的電壓和聯絡線功率將會超出安全X圍，嚴重時會導致電壓崩潰。由于采用異步發(fā)電機，風電

28、系統(tǒng)在向電網注入功率的同時需要從電網吸收大量的無功功率。因此，為了補償風電場的無功功率，每臺風力發(fā)電機都配有功率因數校正裝置，目前常用的是分組投切的并聯電容器。電容器的無功補償量的大小與接入點電壓的平方成正比，當系統(tǒng)電壓水平較低時，并聯電容器的無功補償量迅速下降，導致風電場對電網的無功需求上升，進一步惡化電壓水平，嚴重時會造成電壓崩潰。由于異步發(fā)電機的功率恢復特性，當電網發(fā)生短路故障時，若故障切除不及時，也將容易導致暫態(tài)電壓失穩(wěn)。另一方面，隨著風電場規(guī)模的不斷擴大，風電場在系統(tǒng)中所占的比例不斷增加，風電輸出的不穩(wěn)定性對電網的功率沖擊效應也不斷增大，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響就更加顯著，嚴重情況下將會使

29、系統(tǒng)失去動態(tài)穩(wěn)定性，導致整個系統(tǒng)的瓦解。4.2.2解決措施一、分組切換電容器分組快速投切電容器組對系統(tǒng)進行無功補償的算法，計及了風速和負荷變化對風電場輸出有功功率和無功功率影響。但是，這種分組投切的電容器不能實現連續(xù)的電壓調節(jié)，其電容器的投切次數有一定的限制，其動作也有一定延時，因此對于風速的快速變化造成的電壓波動難以解決。二、靜止無功補償器（SVC)SVC可快速平滑的調節(jié)無功補償功率的大小，提供動態(tài)的電壓支撐，改善系統(tǒng)的運行性能。將SVC安裝在風電場的出口，根據風電場接入點的電壓偏差量來控制SVC補償的無功功率，能夠穩(wěn)定風電場節(jié)點電壓，降低風電功率波動對電網電壓的影響。對某個具體的系統(tǒng)安裝S

30、VC裝置前和安裝SVC裝置后進行了仿真計算，結果表明在安裝SVC裝置后，風電場節(jié)點電壓的波動明顯降低;當發(fā)生故障后，SVC的動態(tài)無功調節(jié)能力可以加快故障切除后風電場節(jié)點電壓的恢復過程，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、超導儲能裝置（SMES)SMES能量密度高，其儲能密度可達108J/m3，而且能夠快速吞吐有功功率。通過采用基于GTO的雙橋結構換流裝置，SMES可在四象限靈活的調節(jié)有功和無功功率，為系統(tǒng)文檔提供功率補償，跟蹤電氣量的波動。文獻提出了在風電場出口安裝SMES裝置，充分利用SMES有功無功綜合調節(jié)的能力，可降低風電場輸出功率的波動，穩(wěn)定風電場電壓。同時SMES是一種有源的補償裝置，與SVC相比

31、其無功補償量對接入點電壓的依賴程度小，在低電壓時的補償效果更好。另外，SMES代表了柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的新技術方向，將SMES用于風力發(fā)電可以實現對電壓和頻率的同時控制。4.3對保護裝置的影響4.3.1影響為了減少風電機組的頻繁投切對接觸器的損害，在有風期間風電機組都保持與電網相連，當風速在起動風速附近變化時，允許風電機組短時電動機運行，風電場與電網之間聯絡線的功率流向有時是雙向的。因此，風電場繼電保護裝置的配置和整定應充分考慮到這種運行方式。異步發(fā)電機在發(fā)生近距離三相短路故障時不能提供持續(xù)的故障電流，在不對稱故障時提供的短路電流也非常有限。因此，風電場保護的技術困難是如何根據有限

32、的故障電流來檢測故障的發(fā)生，使保護裝置準確而快速的動作。另一方面，盡管風力發(fā)電提供的故障電流非常有限，但也有可能會影響現有配電網絡保護裝置的正確運行，這在最初的配電網保護配置和整定時是沒有考慮到的。4.3.2解決措施在風電場保護裝置的配置與整定方面，目前通常的做法是按照終端變電站的方案進行配置和整定。主要依靠配電網的保護來切除網絡的故障，然后由孤島保護、低電壓保護等措施來逐臺切除風電機組。從而在故障期間斷開風電場與系統(tǒng)的連接，而當故障清除后，控制風電場自動重新并網。但是對于今后有大量風電場接入配電網的情況，這種方法會降低系統(tǒng)的可靠性。4.4電壓穩(wěn)定性大型風電場及其周圍地區(qū)，常常會有電壓波動大的

33、情況。主要是因為以下三種情況。風力發(fā)電機組啟動時仍然會產生較大的沖擊電流。單臺風力發(fā)電機組并網對電網電壓的沖擊相對較小，但并網過程至少持續(xù)一段時間后（約為幾十秒）才基本消失，多臺風力發(fā)電機組同時直接并網會造成電網電壓驟降。因此多臺風力發(fā)電機組的并網需分組進行，且要有一定的間隔時間。當風速超過切出風速或發(fā)生故障時，風力發(fā)電機會從額定出力狀態(tài)自動退出并網狀態(tài)，風力發(fā)電機組的脫網會產生電網電壓的突降，而機端較多的電容補償由于抬高了脫網前風電場的運行電壓，從而引起了更大的電網電壓的下降。風電場風速條件變化也將引起風電場及其附近的電壓波動。比如當風場平均風速加大，輸入系統(tǒng)的有功功率增加，風電場母線電壓開

34、始有所降低，然后升高。這是因為當風文檔場輸入功率較小時，輸入有功功率引起的電壓升數值小，而吸收無功功率引起的電壓降大；當風場輸入功率增大時，輸入有功引起的電壓升數值增加較大，而吸收無功功率引起的電壓降增加較小。如果考慮機端電容補償，則風電場的電壓增加。特別的，當風電場與系統(tǒng)間等值阻抗較大時，由于風速變動引起的電壓波動現象更為明顯。研究發(fā)現，使用電力電子轉換裝置的風力發(fā)電機，能夠減少電壓波動，比如并網時風電場機端若能提供瞬時無功，則啟動電流也大大減小，對地方電網的沖擊將大大減輕。值得一提的是，如果采用異步發(fā)電機作為風力發(fā)電機，除非采取必要的預防措施，如動態(tài)無功補償、加固網絡或者采用HVDC連接，否則當網絡中某處發(fā)生三相接地故障時，將有可能導致全網的電壓崩潰。文檔第五章風電場對策5.1無功控制有功調度大型風電場的風力發(fā)電機幾乎都是異步發(fā)電機，在其并網運行時需從電力系統(tǒng)中吸收大量無功功率，增加電網的無功負擔，有可能導致小型電網的電壓失穩(wěn)。因此風力發(fā)電機端往往配備有電容器組，進行無功補