大型風電機組并網性能研究

引言：為了改善大型風力發電機組的并網能力，就必須要使得風力發電機組具有低電壓的穿越能力。目前，我國的風電發電系統一般是雙饋型和直驅型風電系統，其低電壓穿越能力的性能變成了大型風力發電機組并網的關鍵。本文將針對Lvrt進行分析，研究我國大型風電發電機組的并網能力。

1.緒論

根據有關數據表明，在2006年我國風力的累計裝機容量大2600兆瓦，這是既歐美國家和印度發展風力發電之后的又一大風力市場。2007年的時候，我國的風電行業的規模也呈現出爆發式的發展姿態。2008年的風電裝機容量就達到7190兆瓦。至今為止政府為了加大內需的要求，保證經濟的快速發展，逐步開始加大對能源資源的投資。

所以對于我國的風力發電情況而言，對電機實現大型電機組并網能力的要求是十分重要的，而為了實現這一目的，實現低壓穿越的電網傳輸就成為了保證電能質量的關鍵。

2.電能質量分析

電能質量（power quality ）即電力系統中電能的質量，理想的電能應該是完美對稱的正弦波。一些因素會使波形偏離對稱正弦，由此便產生了電能質量問題。一方面我們研究存在哪些影響因素會導致電能質量問題，一方面我們研究這些因素會導致哪些方面的問題，最后，我們要研究如何消除這些因素，從而最大程度上使電能接近正弦波。

2.1諧波的起因

負荷和設備的非線性特點是諧波產生的根本原因，電壓和電流一般情況下是呈線性關系的，一旦兩者由于一些影響無法呈線性關系，就會相應地產生波狀的諧波負荷。也就是所說的非線性負荷[4]。當風力發電系統向非線性負荷的電網系統供電時，這些諧波就會在設備中發生相應地變化，甚至是將一部分的能量轉換到供電系統中，也就是風力供電的發電機組。這就會造成系統的基波畸變，電能的供給力量也就下降了。換一種說法也可以認為是在非線性荷載的基波在傳輸電流時，電壓與非線性的負荷作用不一致產生電流的畸形。因為荷載是連接整個電網的一旦發生畸變電流時，畸變電流也會進入電網中從而導致諧波的產生。

2.2諧波的危害

諧波危害主要是由低次（奇次諧波組成）的原因，導致偶次諧波被消除。首先對于一些設備就會造成相應的事故發生，在對于電容器的作用時，當基波電流上的電流被這種奇數次方的諧波取代，就會導致在電容器中流過的電流產熱增大，造成電容在負荷的工作過程中發生爆炸。同時，電容器還可能因為諧波的工作形成諧波的共振情況，在電網中的諧波情況放大。然后是對于電力變壓器的設備影響，奇數次方的諧波會導致周圍的電力變壓器溫度升高，并使附加損耗增加，同時產生噪聲和振動，會因為諧波共振而放大，使變壓器設備中的部分材料受損。尤其是存在著奇偶兩種諧波的情況，對于變壓器來說，電磁設備的諧波分量會成倍增加。若是長時間的經受這種情況，只會造成設備的金屬疲勞和機械損壞。由于發電機的組成中有一個定子端的組別，這個組別會造成附加損耗和諧波共振損耗造成電機的發熱現象。諧波對于電網的輸送也是有影響的，由于鄰近效應和集成效應的關系，對于電網線路而言，諧波的影響最大，線路電阻因為諧波的影響而升高。一方面，一部分電能會浪費。另一方面，在電力組織中，諧波會進入中性線中，而原本的中心線中的只能允許少量的電流進入，而大量的電流進入只會導致產熱增加，造成不必要的事故。第二是對繼電保護的影響，當發生諧振的情況時，繼電保護就會產生反應進行工作，然而這種不必要的工作一定會對相應的設備造成損失。第三，就是計量儀表的指示性錯誤，由于奇數諧波的能量會對計量設備作用，導致計量設備無法工作。第四對于用電設備的影響，諧波傳輸是一些用電設備的運行方式，一旦有其他的諧波進入用電設備的工作就會導致工作異常的現象[5]。最后就是會對通信造成干擾。當奇次方的低頻諧波通過電力網絡時，會對附近的通信線路進行干擾，這就是一些通話質量不好的重要原因之一。

2.3關于LVRT解決電壓跌落的實驗

由于諧波的影響會造成相應的電壓突然跌落的情況，首先是針對諧波引起的電壓跌落的實驗原理進行敘述。如下圖1所示，其實驗主要包括電壓的采樣、濾波環節和故障識別部分。

圖1 電壓跌落檢測實驗原理圖

首先通過電壓跌落的發生器，將電壓故障跌落的信號送至風電機組的控制器，進行控制的切換。在由電壓跌落發生器來模擬電網電壓的故障情況，采集相關電壓的實驗樣本。將該試驗樣本通過相關的濾波環節進行信號干擾，也就是諧波影響的因素加入，該諧波會導致一定程度的延時和位移，在濾波環節需要選擇相應的參數，才能保證電壓跌落監測算法的快速和準確，有益于實現DSP功能。本文的實驗方法主要是直接的dq變換法檢測三相對稱電壓跌落。結果如圖2所示。其中，1是a相電壓波形，2是檢測電路識別電壓跌落故障斷信號，低電平為正常運行狀態，高電平為電壓跌落狀態。圖2中電壓的跌落深度是50%，圖6（a）為120 ms跌落波形，圖6（b）為跌落發生時刻的波形，圖6（c）為130 ms跌落波形，圖6（d）為兩次跌落的波形。

圖2實驗相關波形結果

（a）120ms跌落波形（橫坐標： 40 ms/格）

（b）跌落發生時刻的波形（橫坐標： 10 ms/格）

（c）130 ms跌落波形（橫坐標：20 ms/格）

（d）連續跌落波形（橫坐標：100 ms/格）

由圖可知直接的dq變換檢測法具有快速監測電壓跌落的能力，其反應快，精度高，但是會有誤檢的情況。第一次的電壓跌落回復后，故障的型號還會又多次的脈沖現行，這就是電壓諧波的原因，只要進行第一次的電壓監測就可以避免誤測的情況。

結論

諧波是造成電壓突降的主要原因，lvrt的引入可以有效的減弱電壓突降的情況，通過lvrt在電網電路中的影響可以將諧波造成的諧波位移進行延緩，保證了電網的運行安全。在風電組合并電網中的工程中有著重要的意義。

參考文獻

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[5]胡書舉，李建林，許洪華. 適用于VSCF風電系統應對電網故障的保護電路分析[J]. 變流技術與電力牽引，2008（1） ：45-50，55.

[6]劉云潺，黃 純，歐立權，等. 基于dq 變換的三相不平衡電壓暫降檢測方法[J]. 電力系統及其自動化學報，2009 ，1 9（3）：72-76.

作者簡介

田天（1988—），男，籍貫：沈陽，學歷：大學，畢業院校：沈陽理工大學，現有職稱：電氣工程師，研究方向：電氣。