天津城建大學可再生能源利用論文題目：并網(wǎng)式風力發(fā)電對電能質(zhì)量的影響姓名：年級：學號：并網(wǎng)式風力發(fā)電對電能質(zhì)量的影響摘要：對傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)和風力發(fā)電技術(shù)進行了對比，研究了恒速、變速風力發(fā)電機的不同拓撲結(jié)構(gòu)以及風力發(fā)電機的各種并網(wǎng)控制技術(shù)，并對這幾種并網(wǎng)技術(shù)所帶來的電能質(zhì)量問題的控制策略進行了總結(jié)。指出今后風力發(fā)電的研究方向是提高單機容量，以及加強電力電子裝置在風電并網(wǎng)及電能質(zhì)量控制等方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：風力發(fā)電；電能質(zhì)量控制；恒速恒頻；變速恒頻；雙饋異步發(fā)電機、八刖言電能是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚馁Y源，無論生活、生產(chǎn)、工作、學習都離不開電的使用，因此儲存與制造電能是我們需要不斷深究的話題。而對于目前我們制造電能的方式來看，主要還是利用燃燒煤炭，石油，液化天然氣等燃燒來產(chǎn)生熱能，并推動汽輪機轉(zhuǎn)動，進而帶動發(fā)電機發(fā)電，這種方式對于我們的環(huán)境有非常大的影響，排出的二氧化硫，一氧化碳等有毒物質(zhì)會產(chǎn)生許多不良結(jié)果，比如溫室效應(yīng)現(xiàn)象已經(jīng)非常顯著，因此為了人類可以長久的在地球上生存，保護環(huán)境，尋找無污染和可再生的能源進行發(fā)電迫在眉睫。風能作為大自然賜予人類最好的資源之一，是一種清潔，安全，可再生的綠色能源，利用風能對環(huán)境無污染，對生態(tài)無破壞，環(huán)保效益和生態(tài)效益良好，如果可以很好的加以利用可以滿足人類對電能的大量需求，對人類社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。1.中國風電發(fā)展歷史我國風力發(fā)電始于上世紀80年代，發(fā)展相對滯后，但是起點較高，主要經(jīng)歷了三個重要的發(fā)展階段。第一階段：1985年?1995年試驗階段利用丹麥、德國、西班牙政府貸款，進行一些小項目的示范。歐洲風電大國利用本國貸款和贈款的條件，將他們的風機在中國市場進行試驗運行，積累了大量的經(jīng)驗。同時國家“七?五”“八?五”設(shè)立的國產(chǎn)風機攻關(guān)項目，取得了初步成果。第二階段：1995?2003年在第一階段取得的成果基礎(chǔ)上，中國各級政府相繼出臺了各種優(yōu)惠的鼓勵政策?？萍疾客ㄟ^科技攻關(guān)和國家863高科技項目促進風電技術(shù)的發(fā)展，原經(jīng)貿(mào)委、計委分別通過雙加工程、國債項目、乘風計劃等項目促進風電的持續(xù)發(fā)展。第三階段：2003?至今國家發(fā)展和改革委員會通過風電特許權(quán)經(jīng)營，下放5萬千瓦以下風電項目審批權(quán)，要求國內(nèi)風電項目國產(chǎn)化比例不小于70%等優(yōu)惠政策，扶持和鼓勵國內(nèi)風電制造業(yè)的發(fā)展，使國內(nèi)風電市場的發(fā)展進入到一個高速發(fā)展的階段。中國2006年新增裝機134.7萬千瓦，比以前翻了一番還多，比2005年增加70%。中國目前風電累計裝機為260.4萬千瓦，是全世界第6大市場。綜上所述，選用合理的方式，材料，經(jīng)濟的方式進行發(fā)電是非常必要的。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展深入，越來越多的發(fā)展方式已經(jīng)開始實施，而對于我們?nèi)丝诒姸?，用電需求量大來說，并網(wǎng)式風力發(fā)電是個很好的方式，但這種方式也存在著一些問題，下面將具體闡述。問題的提出早期的風電場采用的是小型恒速風力發(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。但目前這個問題已經(jīng)得到解決，因為我們總可以通過吸收電抗儲能的方法來限制電路中的電壓升高。但是隨著發(fā)展，尤其是為風力發(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。對此人們提出了大量設(shè)計方案，例如在驅(qū)動裝置上采用了可拆卸元件，或是使用彈簧調(diào)節(jié)器來反應(yīng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子和變速箱結(jié)構(gòu)。在適當?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。但這些方案不足以解決對并網(wǎng)式風力發(fā)電技術(shù)對電能質(zhì)量的控制，因此，以下將對此問題進行深入探討。恒速恒頻風電系統(tǒng)恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)采用的是普通異步發(fā)電機。這種風電機組的發(fā)電機正常T作在超同步狀態(tài)，轉(zhuǎn)差率為負值，并且其變化范圍較小，所以被稱為恒速恒頻風力發(fā)電機組。目前，國內(nèi)應(yīng)用較多的是恒速恒頻發(fā)電機組，但是電力電子裝置應(yīng)用較少，其中也有些機組的轉(zhuǎn)子回路接入電阻，用電力電子器件控制轉(zhuǎn)子電流的大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。這種風電機組的主要缺點是:當風速迅速增大時，風能將通過槳葉傳輸給主軸、齒輪箱和發(fā)電機等部件，產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，引起這些部件的疲勞損壞。同時在正常工作時這類風電機組無法對電壓穩(wěn)定進行控制，不能和同步發(fā)電機一樣提供電壓支撐能力。因此，當電網(wǎng)故障時會影響系統(tǒng)電壓的恢復(fù)和系統(tǒng)穩(wěn)定。這也是普通異步發(fā)電機的風電機組的主要缺陷。其次.因為恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能是隨風速波動的，若風速急劇變化，可能會引起風電機組發(fā)出的電能質(zhì)量有問題，如電壓閃變、無功波動等。通常在這類風電系統(tǒng)中采用靜止無功補償器SVC或TSC來進行動態(tài)無功補償，并通過軟啟動方法抑制啟動時的發(fā)電機電流。變速恒頻風電系統(tǒng)隨著電機變頻凋速技術(shù)的不斷發(fā)展.采用雙饋異步發(fā)電機和永磁多極同步電機的變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)得到了更加廣泛的研究與應(yīng)用。變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)有下列優(yōu)點：根據(jù)風速的變化.風力機以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn).減少了對風力機等機械裝置的機械應(yīng)力；通過對最佳轉(zhuǎn)速的跟蹤，風力發(fā)電機組在可發(fā)電風速范圍內(nèi)均町獲得最佳功率輸出；風力機能夠?qū)ψ兓娘L速起到一定的緩沖，使輸出功率的波動變化減小；通過對風電機組有功和無功輸出功率進行解耦控制.并采用一定的控制策略.町以分別單獨控制風電機組有功、無功的輸出，具備電壓的控制能力。因此.變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行很有利。當前的變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中較多的是采用雙饋異步發(fā)電機的風電機組。該類機組在國外的應(yīng)用已經(jīng)很普及?困內(nèi)新建的風場也大都采用這種機型。另外，采用永磁多極同步發(fā)電機的風電機組技術(shù)已比較成熟.國外已開始應(yīng)用。在雙饋風力發(fā)電機組的控制方面，電力電子裝置起到了關(guān)鍵作用。當風速變化引起發(fā)電機轉(zhuǎn)速n變化時，通過變頻器調(diào)整轉(zhuǎn)子電流的頻率fr,可使定子頻率fs恒定，即應(yīng)滿足：fs=pfm+fr。其中，fs為定子電流頻率，與電網(wǎng)頻率相同；fm為轉(zhuǎn)子機械頻率；P為電機的極對數(shù)；fr為轉(zhuǎn)子電流頻率。有下述3種情況：n<n1（n1為定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速）時，發(fā)電機處于亞同步狀態(tài)，此時變頻器向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供交流勵磁電流，發(fā)電機通過定子向電網(wǎng)提供電能；當n>n1時，此時發(fā)電機處于超同步狀態(tài)，由定子和轉(zhuǎn)子共同向電網(wǎng)提供電能；當n=n1時，發(fā)電機處于同步狀態(tài)，此時發(fā)電機等效為同步電機運行.變頻器向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁。雙饋電機通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵磁電流實現(xiàn)變速恒頻控制，此時轉(zhuǎn)子電路的功率只是由交流勵磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速運行范同決定轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分，所以對變頻器的容量要求、控制難度及成本大幅度降低。并且采用變頻器調(diào)節(jié)交流勵磁的雙饋發(fā)電機的控制方案除了可實現(xiàn)變速恒頻控制，還可以對有功、無功功率實現(xiàn)單獨解耦控制，對電網(wǎng)而言可起到補償無功和穩(wěn)定電壓的作用｝。雙饋風力發(fā)電機組有如下優(yōu)點：轉(zhuǎn)子側(cè)僅傳遞轉(zhuǎn)差能量，變頻器容量要求大幅降低，且發(fā)電機可在50%的同步轉(zhuǎn)速時正常工作；匕雙饋電機中變頻器的諧波含量較少，減少了相應(yīng)的濾波器容量，降低了成本：c.可以通過調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機發(fā)出和吸收的無功功率，實現(xiàn)無功調(diào)節(jié)和電壓控制。5.永磁多極同步發(fā)電機的風電系統(tǒng)在永磁多極同步風力發(fā)電機組中，在發(fā)電機和電網(wǎng)之間安裝有電力電子變流器，可實現(xiàn)對有功和無功的解耦控制。且當風速發(fā)生變化時也可以保證所發(fā)電能的電能質(zhì)量。該系統(tǒng)的工作原理如下：首先.采用永磁多極同步發(fā)電機發(fā)出頻率變化的交流電，然后通過整流裝置將該頻率變化的交流電整流成為直流電，最后再通過逆變器將直流電變換為工頻的交流電送人電網(wǎng)。這種系統(tǒng)在并網(wǎng)時沒有電流沖擊，可以對發(fā)電機的無功功率進行調(diào)節(jié)。但是，所有的電能都要通過變流器送入電網(wǎng)，因此變流器容量和風力發(fā)電系統(tǒng)的容量相同，電力電子變流器設(shè)備成本較高，并且有高頻電流諧波注入電網(wǎng)。與傳統(tǒng)的風力發(fā)電機相比，永磁多極同步風力發(fā)電機組可以更多地捕獲風能和提高風電機組發(fā)出電力的電能質(zhì)量，雖然成本較大，但對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有利。永磁多極同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無需外部提供勵磁電源。其變速恒頻控制是在定子電路實現(xiàn)的。把永磁發(fā)電機的交流電通過變流器轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率的交流電.因此變流器的容最與系統(tǒng)的額定容量相同。采用永磁發(fā)電機可做到風力機與結(jié)構(gòu).可大幅減少系統(tǒng)運行時由于齒輪箱等機械裝置導(dǎo)致的故障.從而提高整個風電機組的可靠性。風電系統(tǒng)的軟并網(wǎng)裝置和無功補償設(shè)備在直接與電網(wǎng)相連的風電系統(tǒng)中常用鼠籠型異步發(fā)電機，如果直接并網(wǎng)會使得并網(wǎng)電流較大，因此常采用電力電子軟并網(wǎng)裝置進行軟并網(wǎng)。異步發(fā)電機通過晶閘管平穩(wěn)并網(wǎng)，可以將并網(wǎng)電流限制在額定電流的1.5倍以下，從而得到一個較為平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過程，有效避免了保護裝置的誤動作，實現(xiàn)風力發(fā)電機的順利并網(wǎng)。由于異步發(fā)電機的功率因數(shù)一般較低，為了提高功率岡數(shù)，通常在異步發(fā)電機出13處接有無功補償設(shè)備。常用的無功補償設(shè)備有并聯(lián)電容器補償裝置、靜止無功補償器、靜止無功發(fā)生器等。并聯(lián)電容器補償裝置采用接觸器或電力電子開關(guān)在風電運行中按照一定的順序進行分組投入或切出，能夠?qū)⒀a償前較低的功率因數(shù)提高到約0.98。由于并聯(lián)電容器補償裝置成本低，因此在無功補償方面應(yīng)用廣泛，但因其調(diào)節(jié)不連續(xù)、響應(yīng)速度慢，很難對風機無功功率實現(xiàn)快速補償。靜止無功補償器由多臺（組）可投切電容器、快速可調(diào)整容最的電抗器以及各次諧波濾波裝置組成，裝置的響應(yīng)速度快。能迅速跟蹤變化的無功，可較大幅度調(diào)節(jié)由風速變化引起的電壓變化，濾除諧波，從而提高電能質(zhì)量。靜止無功發(fā)生器是采用特定的檢測方法獲得需補償?shù)臒o功電流后再通過電力電子變流器產(chǎn)生該部分無功電流，以實現(xiàn)無功的迅速補償。靜止無功發(fā)生器可以實現(xiàn)對諧波與無功的綜合補償與抑制，補償范圍較大，目前得到了較為廣泛的關(guān)注。風電并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前景通過采用電力電子技術(shù)，風電機組的運行特性大為改善；通過有功、無功控制，風電機組可以對系統(tǒng)的頻率和電壓控制起到一定作用：而大規(guī)模風電場的并網(wǎng)運行，也將會逐漸降低風力發(fā)電的成本，使風力發(fā)電更為普及。因此，現(xiàn)今的電力電子技術(shù)對于風電機組的控制、電能的轉(zhuǎn)換以及電能質(zhì)量的改善都能起到關(guān)鍵作用，具體應(yīng)考慮以下幾個方面；為增加風能的利用效率和減小電力電子變換器的能耗，要選擇適合的電力電子變換器來匹配變速風力發(fā)電機系統(tǒng)；增加無功動態(tài)補償裝置SVC或TSC有利于電網(wǎng)和風力發(fā)電機的故障恢復(fù)；每個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都有自己的特征和適宜性，針對于不同的海上風場要具體考慮，選擇最適合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。大容量海上風電場將廣泛應(yīng)用電力電子裝置。8.結(jié)束語風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，使得風力發(fā)電的成本進一步降低，其在電力市場中所占份額得以提高.具備了和常規(guī)能源競爭的能力，加快了世界能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。然而，如何更加有效地利用風能、提高風力發(fā)電系統(tǒng)的效率，減小并網(wǎng)沖擊和電力諧波、提高功率因數(shù)也給風力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)提出了更高的要求。參考文獻:【1】包耳;胡紅英，風力發(fā)電的發(fā)展狀況與展望，大連民族學院學報；2011年01期?！?】李建林.許洪華，風力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社?！?】耿華，楊耕，馬小亮，并網(wǎng)型風力發(fā)電機組的控制技術(shù)綜述，電力電子技術(shù)?！?】何東升.劉永強，王亞，并網(wǎng)型風力發(fā)電系統(tǒng)的研究，高電壓技術(shù)?！?】凌禹，張同莊，變速風力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)綜述[J].電力自動化設(shè)備?！?】李建林，胡書舉，大功率直驅(qū)犁風力發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)對比分析，電力自動化設(shè)備?！?】韓俊良，風力發(fā)電設(shè)備的技術(shù)特點及發(fā)展前景，機械研究