风力发电引起的电压波动和闪变

风力发电引起的电压波动和闪变
摘要：近些年来能源的匮乏一直是困扰世界各国的重大问题。

为了解决这影响人类文明发展的问题，科研人员们开始大批量的投入到新能源的研制和开发。

现今所谓的新能源基本指的是可再生能源，也就是经由大自然提供的能源如水能、太阳能、风能等等的绿色环保的可再生的能源。

基于此，本文就风力发电引起的电压波动和闪变展开分析与讨论。

关键词：风力发电；电压波动；闪变
一、我国风力发电发展的现状
相比于世界上的一些国家，我国的风力资源很高，并且也是风能利用最早的国家之一。

依据相关部门资料的显示，我国10米高度层的风能量占有为3226GW。

对于风能的开发一旦能达到总量的60%，就完全可以供用我国全部的电量的需要。

对于发达国家来时，我国风力发电不仅利用的迟，在开发和研制上也落后发达国家很多。

我国风电的利用是从80年代开始一步步的发展起来的，最开始研制的风机主要是小型风电机组，到了后期就开始研发，可充电型的风电机组，并且大量的用在了海岛和风场。

在07年底，我国的风机装机的总容量已经达到6.05GW，比2000年风电发电量增加了大约10倍。

而就08年一年中新增的风电装机容量625万千瓦，比过去20年累计的总量还多，新增装机增长率约为89%。

累计风电装机容量约1215万千瓦，占全国装机总量的1.5%，累计装机增长率为106%。

风电装机主要分布在24个省，比2007年增加了重庆、云南和江西三个省。

二、风力发电机的研究现状
在风力发电系统中的重要装置也就是发电机，他的工作原理是把风动力同进行输出的电能进行相连接的设备，其不但影响着输出电能的质量和功效，同时也影响了整个风电转换系统的性能和装置的结构。

按风力发电系统中发电机型式可分为笼式异步发电机、双馈异步发电机和永磁型同步发电机。

现今，发电机在风电系统中的形式:
1.异步发电机
风力发电系统异步风力发电机是通过恒定的速度来运行的，对于采取失速调节或主动失速调节，风力发电系统异步发电机主要采用异步感应电机。

风力发电系统异步发电机一般都是直接联入电网，就算容量过大也可以通过晶闸管控制的
软投入法接入电网。

在同步转速附近合闸并网，冲击电流比较大，另外需要电容无功补偿。

2.双馈式发电机
为了降低风力发电系统中变换器的功率，风力发电系统双馈发电机开始应用于风力发电系统中。

风力发电系统双馈发电机起源于绕线式转子异步发电机，是一种通过对转差率的控制，来实现风力发电系统双馈调速发电机，故所需风力发电系统变换器的功率较小。

相对于绕线式发电机来说，风力发电系统双馈发电机的转子能量没有被消耗掉，而是通过风力发电系统变换器在发电机转子与电网之间双向流通，风力发电系统变换器起到提供无功补偿，平滑并网电流的作用。

但它是一种有刷结构的电机，风力发电系统双馈式发电机运行可靠性差，需要经常维护，而且这种风力发电系统结构的电机不适合在环境比较恶劣的风电系统中运行。

3.同步发电机
风力发电系统同步发电机有永磁同步发电机和电励磁同步发电机两种。

风力发电系统永磁同步发电机不需要直流励磁电源和励磁绕组，取消了容易出故障的风力发电系统集电环和电刷等装置，是一种风力发电系统无刷结构的电机。

同时不存在风力发电系统励磁绕组的铜损耗，比同容量的风力发电系统电励磁发电机效率高，结构简单、运行可靠。

结合风力发电系统的特点，要求发电机具有:高质量地将风力发电转化为电压、频率恒定的交流电。

二、影响我国风能电压波动和闪变的因素
控制风力发电系统和电网状况、风电机组类、风况型等，都是影响风力发电系统引起闪变的因素，风力发电系统各种因素对闪变的影响应该明确，这些风力发电系统影响尽可能量化，也应确定风力发电系统联合作用下的效果与各种影响因素之间的相互关系，由于风力发电系统越来越大的风电机组单机容量，风力发电系统风电机组输出功率产生较大的波动在风速波动较大时，风力发电系统变速恒频风电机组是目前世界的主流机型，对风力发电系统而言，调节风力发电系统风电机组的输出功率应综合应用变流器控制和桨距角控制，以使风力发电系统风电机组的输出功率最优，如何确定将风力发电系统距角控制与变流器控制的控制策略，从而减小风力发电系统中风电机组引起的电压波动和闪变，减小风力发电系统风电机组输出功率的波动，是风力发电系统迫切需要解决的问题。

四、解决我国风能电压波动和闪变的措施
鉴于电压波动和闪变会引起多种危害，严重影响人们的正常生活与工作，给生活和生产都造成了很大损失，因此必须采取有效的措施来抑制电压波动和闪变。

通常风力发电系统各种类型的波动性或冲击性负荷是电压波动和闪变的主
要原因。

风力发电系统供电系统短路容量的大小，风力发电系统供电网络的结构以及负荷的用电特性等都会影响电压波动和闪变的程度，因此，风力发电系统电压波动与闪变的抑制，必然也要从这几方面出发来采取相应的措施，风力发电系统用电设备特性的改善、供电能力的提高以及补偿设备的采用都可以起到抑制作用。

但是改善风力发电系统用电设备的特性对于抑制闪变的效果是有限的，而通过风力发电系统供电方式的改造通常需要很高的代价，是否采用需要经过衡量风力发电系统投资与效益的关系来决定。

在风力发电系统中高压供电系统，风力发电系统电压幅值的波动主要是由大功率波动性负荷的无功功率变化引起的，因此，最常用的技术措施就安装无功补偿装置。

1.静止无功补偿器(SVC)
波动性、冲击性负荷造成的电压波动和闪变，其实质为无功功率的不平衡。

因而，具有快速无功功率补偿功能的静止无功补偿器(SVC)能够对电压波动与闪变起到很好的抑制作用。

SVC基于电力电子及其控制技术，将电抗器与电容器结合起来使用，能实现无功补偿的双向、动态调一节。

当系统电压偏高时，可控电抗器可吸收无功功率(感性补偿)，当系统电压比较低时，电容器可发出无功功率(容性补偿)。

可见，利用SVC不需要输电线路来传输便可以满足负荷无功功率的需求。

SVC有多种构成方法，如晶闸管控制电抗器加晶闸管投切电容器(TCR+TSC)、晶闸管控制电抗器加固定电容器(TCR+PC)等。

2.有源电力滤波器(APF)
要抑制电压闪变，必须在负荷电流急剧波动的情况下，跟随负荷变化实时补偿无功电流。

有源电力滤波器(APF)是一种动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。

有源电力滤波器的工作原理与传统的SVC完全不同，其原理是采用基于三相电路的瞬时无功理论对无功电流进行检测，利用可关断的电力电子控制器件代件系统电源向负荷提供所需的无功电流，从而保证系统只须向负荷提供正弦的基波电流。

有源电力滤波器相对于静止无功补偿器有几个优势：响应速度快，对电压波动和闪变的补偿率高，可减少补偿容器，补偿效果稳定，不受系统运行方式和工况的影响，不会发产谐振和谐波放大现象，控制能力强，除了能控制电压波动和闪变，还可以有效地滤除高次谐波，补偿功率因数。

3.动态电压恢复器((DVR)
动态电压恢复器即DVR，是带有储能装假(系统)的串联补偿装背，除无功功率之外，还有补偿有功功率的能力。

由于在中低压配电网中，有功功率的快速波动同样会导致电压闪变，因此，抑制电压波动与闪变的补偿装置在补偿无功功率使供电线路无功功率变化减小的同时，还要提供瞬时有功功率补偿。

带有储能单元的动态电压恢复器可以满足此要求。

结束语
风速的波动会导致风电机组输出功率的波动，从而引起并网点电压的波动和闪变；湍流强度越大，并网点电压波动越明显；并网点短路容量越大，风电机组输出功率波动对电网的影响就越小，从而引起的电压波动和闪变也就越小。

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