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并网风电场引起的各种电能质量问题
2023-10-25 来源:南工检测
 能源和环境问题日益严峻,可再生能源成为世界各国竞相发展的趋势,其中风力发电凭借其绿色环保,已成为世界上发展最快的可再生能源之一。但是,风电并网运行所引起的电能质量问题,尤其是闪变和谐波问题在部分地区可能会比较突出。因此,研究和探索风电场并网后引起的各种电能质量问题具有一定的现实意义。
 
 
并网风电场引发的谐波问题
 
在电能传输过程中,电压、电流为同频、同相、同波形时效率最高,所以理想电力系统在不同电压等级下,应具有同频、同波形以及同相位差的电能属性。发电机在运行过程中要提高其运行性能,尤其是变频电机和双馈电机,需利用大量的电力电子器件实现功率的控制和处理,势必会产生非正弦波畸变,产生谐波,导致电网公共连接点(PCC)的电压波形严重失真变形,伴随大量电磁干扰出现,对电力系统优质、可靠、安全和经济运行造成了威胁,影响电网和用电设备的运行特性,是目前电能质量比较突出的问题之一。
 
谐波的危害
 
谐波对电力系统的危害主要表现在以下几个方面:
 
(1)增加无功损耗,增大谐振效应;
 
(2)使旋转电机、变压器等产生附加热效应;
 
(3)影响补偿电容寿命;
 
(4)继电器误动作、增加测量误差;
 
(5)自动装置工作不正常,家用电器工况变坏,引起通讯干扰等。
 
风电场引发谐波问题的机理分析与原因
 
传统采用异步发电风机并网谐波分量不大,通常可以忽略,随着电机及拖动技术的不断发展,变速双馈异步发电机和同步发电机机组采用大容量的电力电子元件,实现其起动、制动、调速的高性能控制。目前常用的有直驱永磁式同步风力发电机和双馈异步发电机和同步发电机。前者采用交-直-交变频器,在电网侧采用脉宽调制(PWM)逆变器输出频率和电压恒定的三相交流电;后者定子绕组直接与电网相接,转子绕组端由滑环引出接至功率变换器,定子绕组端口并网后始终发出电功率。
 
由此可见,变速风电机组并网后变流器将始终处于工作状态,由于变流器的开关频率的可变性,变速风电机组不但会产生谐波而且还会产生间谐波,当电力电子器件的开关频率恰好处在产生谐波的范围内时,谐波情况最严重。此时,谐波电流大小与风机输出功率基本呈线性关系,随着电力电子器件的不断改进,变流器装置的设计结构及其安装的滤波装置状况的完善与改进,这个问题正在逐步得到解决。
 
 
电压波动和闪变问题
 
风电场的输出功率会随着风速的随机变化特性以及风电机组本身的一些固有特性的影响,从而引起电压波动和闪变的现象。
 
电压波动是指工频电压包络线的周期性变化或一系列随机的电压变化,电压闪变是电压波动引起的视感效应,是指灯光照度不稳定造成的视觉感受,通常供电系统中电压波动和闪变多有用户波动性负荷所引起,波动性负荷可分为周期性的波动性负荷和非周期性的波动符合两类,其中周期性或近似周期性的波动负荷对闪变的影响更为严重。
 
电压波动和闪变会的危害主要表现在以下几个方面
 
(1)引起电动机转速不稳定,影响产品质量,严重时危及设备的安全;
 
(2)使电光源闪烁或视频设备画面亮度频繁变化以及画面摆动,使人的视觉易于疲劳;
 
(3)对电压波动较敏感的工艺过程、试验结果产生不良影响;
 
(4)使设备、电子仪器、计算机系统以及自动控制系统受到影响,降低其运行性能。甚至可能受到损坏。
 
风电场引发电压波动和闪变的原因
 
传统电力系统中产生电压闪变的最主要原因是大容量和冲击性负荷的存在,而风电机组输出功率的波动是引起的电压波动和闪变的根本。
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