文献综述——风电机组联网运行对谐波污染的影响.docxVIP

风电机组联网运行对谐波污染的影响 近些年来，风力发电技术迅猛发展，发电成本大幅下降，同时风力发电不消耗化石燃料、不排放温室气体、不会带来环境污染问题，风电已成为可再生能源中发展最快的、最具有规模和发展前景的一种发电方式。目前中国正在大力发展风电，因此分析风电机组的并网问题很有必要。 风力发电机组的并网 同步发电机在运行中，由于它既能输出有功功率，又能提供无功功率，周波稳定，电能质量高，已被电力系统广泛采用。然而，把它移植到风力发电机组上使用却不甚理想，这是由于风速时大时小，随机变化，作用在转子上的转矩极不稳定，并网时其调速性能很难达到同步发电机所要求的精度。并网后若不进行有效的控制，常会发生无功振荡与失步问题，在重载下尤为严重。这就是在相当长的时问内，国内外风力发电机组很少采用同步发电机的原因。但近年来随着电力电子技术的发展，通过在同步发电机与电网之问采用变频装置，从技术上解决了这些问题，采用同步发电机的方案又引起了人们的重视。 目前国内外大量采用的是交流异步发电机，其并网方式根据电机的容量不同和控制方式不同而变化。风力发电机组并网方法有： (1)直接并网。这种并网方法要求在并网发电机的相序与电网的相序相同，当发电机转速接近同步转速时，即可自动并入电网，自动并网的信号由测速装置给出，而后通过自动空气开关完成并网过程。 (2)降压并网。这种并网方法是通过在异步电机与电网之间通过串接电阻、电抗器、自耦变压器等方式，从而降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。由于电阻、电抗器等元件消耗功率，在发电机并网后，进入稳定进行状态时，必须将其迅速切除。 (3)通过晶闸管软并网。这种并网方法是在异步发电机定子与电网之间每相串入一只双向晶闸管连接起来，从而使发电机并网瞬间的冲击电流，得到一个平滑的暂态过程。 风力发电机组常用的并网运行方式如下： (1)恒速恒频方式。风力机组的转速不随风速的波动而变化，始终维持恒转速运转，从而输出恒定频率的交流电，但具有简单可靠的优点，但是风能利用率较低。恒速风电机组在运行过程中没有产生谐波电流，但当其在投入时，往往采用软并网可控硅装置并网，势必造成谐波电流注入电网，由于投入过程较短，发生的次数也不多，谐波电流注入实际上是可以忽略的。 (2)变速恒频方式。风力发电机组的转速随风速的波动作变速运行，但输出恒定频率的交流电。这种方式提高了风能的利用率，但需增加实现恒频输出的整流逆变的电力电子设备，如果电力电子装置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，会带来严重的谐波污染。 风电并网的谐波问题 风电并网后对电力系统电流质量影响主要体现在谐波上。谐波会对电力网带来一定危害，如增加了电力网中发生谐振的可能；增加电气设备附加损耗；加速绝缘老化，缩短使用寿命；继电保护、自动装置不能正常动作；不能正确计量仪表；干扰通信系统。 在衡量电流质量的指标中，对谐波是用谐波电流含有率定义的，其定义如下： 其中，和分别是基波和n次谐波的电流有效值。 对于风电机组来说，发电机本身产生的谐波是可以忽略的，谐波电压是由电能转换系统、电力电子控制元件和电容器产生的。风机在运行期间产生的各种扰动的程度，主要依赖于其装备的电能转换系统的形式。 风电并网给系统带来谐波污染主要有两种途径：一种是在风力发电机中，大量采用了具有变频功能的变速恒频风力发电机，发电机组发出的交流电经过整流—逆变装置与电网连接，从而实现发电机的频率与电网频率相独立，并维持电网频率不变。整流逆变就必然会带来谐波污染，这些谐波电流注入电力系统后，会引起电网电压畸变，降低了电能质量。第二种是风机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振。实际运行中，曾观测在风电场出口变压器的低压侧有大量谐波的现象。 风电装置中电力电子器件是风电装置中最重要的谐波源；在风电系统中，由于异步机、变压器、电容器等设备均为三相，且采用三角型或Y型连接方式，故不存在偶次或3的倍数次谐波，即风电系统中存在的谐波次数为5、7、11、13、17等。风机本身配备的电力电子装置，可能带来谐波问题。 变速风电机组采用了电力电子设备。其中，双馈式异步式风电机组的发电机定子直接馈入电网，而发电机转子通过经直流环节连接的两个变流器接入电网（如图）。永磁直驱同步风力发电机组所发电力则通过背靠背全功率变频器直接接入电网，该背靠背全功率变频器由发电机侧变流器、直流环节和电网变流器组成。不论是哪种类型的变速风电机组，机组投入运行后变频器都将始终处于工作状态。如果电力电子装置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，则会产生很严重的谐波问题。 图1 双馈式异步式风电机组 对于直接和电网相连的恒速风机，软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连，因此会产生一定的谐波，不过因为过程很短，发生的次数也不多，通常可以忽略。 对于谐波的评估，IEC 61400