風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目： 新能源發(fā)電并網(wǎng)設(shè)計(jì) 目錄第一章 緒論- 1 -第二章 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)相關(guān)問(wèn)題- 1 -2.1并網(wǎng)方式- 2 -2.2電壓波動(dòng)和閃變- 2 -2.3系統(tǒng)穩(wěn)定性- 4 -2.4風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越- 6 -第三章 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題解決方案- 7 -3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式- 7 -3.2電壓波動(dòng)和閃變?cè)u(píng)估- 8 -3、3風(fēng)電廠低電壓穿越解決方案- 10 -參考文獻(xiàn)- 12 - 13 -風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)設(shè)計(jì)第一章 緒論風(fēng)能是一種清潔的、儲(chǔ)量極為豐富的可再生能源，它和存在于自然界的礦物質(zhì)燃料能源，如煤、石油、天然氣等不同，它不會(huì)隨著其本身的轉(zhuǎn)化和利用而減少，因此可以說(shuō)是一種取之不盡、用之不竭的能源。

2、而礦物質(zhì)燃料儲(chǔ)量有限，正在日趨減少，況且其帶來(lái)的嚴(yán)重的污染問(wèn)題和溫室效應(yīng)正越來(lái)越困擾著人們。因此風(fēng)力發(fā)電正越來(lái)越引起人們的關(guān)注。1第二章 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)相關(guān)問(wèn)題 由于扮能的特殊性,與常規(guī)的水火電系統(tǒng)相比風(fēng)電系統(tǒng)具有很大的差別,風(fēng)能的隨機(jī)性風(fēng)能也就是隨機(jī)的和不可控制的。風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，風(fēng)能密度分布相對(duì)比較低,為了盡可能捕獲較多的風(fēng)能,風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片直徑必須做的很大,顯然,巨大的轉(zhuǎn)子葉片的直徑,必然使得風(fēng)力機(jī)具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為了有效的轉(zhuǎn)換風(fēng)能,風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子由于受到風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率理論極限值是的限制,葉尖速率比入不可能很大,風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度不會(huì)很高,與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度相差比較大,發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)

3、之間不能直接相連,必須通過(guò)一定變比的升速齒輪箱進(jìn)行傳動(dòng)。這樣發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)之間的剛性度大大降低。換句話說(shuō),風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大系統(tǒng)之間是柔性連接的異步發(fā)電機(jī)。 目前,大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般采用異步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)的運(yùn)行方式。通常機(jī)端配備有補(bǔ)償電容器組,以提供異步發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)所需要的激磁無(wú)功。風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)面臨的一些技術(shù)問(wèn)題隨著風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大,風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)中的比例越來(lái)越大,風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量!安全穩(wěn)定等諸多方面的負(fù)面影響也隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大變得愈加明顯,成為制約風(fēng)電場(chǎng)容量和規(guī)模的嚴(yán)重障礙。主要面臨下面一些技術(shù)問(wèn)題2.1并網(wǎng)方式 早期的風(fēng)電場(chǎng)采用的是小型恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，

4、它的優(yōu)點(diǎn)在于并網(wǎng)研究相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)的自然滑動(dòng)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(diǎn)在于它必然受困于電抗儲(chǔ)能與釋放能量的延時(shí)性同并網(wǎng)的瞬時(shí)性之間的矛盾。但目前這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)得到解決，因?yàn)槲覀兛偪梢酝ㄟ^(guò)吸收電抗儲(chǔ)能的方法來(lái)限制電路中的電壓升高。但是隨著發(fā)展，尤其是為風(fēng)力發(fā)電機(jī)中同步發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)于如何并網(wǎng)提出了很高的要求。對(duì)此人們提出了大量設(shè)計(jì)方案，例如在驅(qū)動(dòng)裝置上采用了可拆卸元件，或是使用彈簧調(diào)節(jié)器來(lái)反應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和變速箱結(jié)構(gòu)。在適當(dāng)?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。2.2電壓波動(dòng)和閃變 風(fēng)力發(fā)電引起電壓波動(dòng)和閃變的根本原因是并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)

5、組輸出功率的波動(dòng)，下面將分析并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組輸出功率波動(dòng)引起電壓波動(dòng)和閃變的機(jī)理。圖1為風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)示意圖，其中為風(fēng)電機(jī)組出口電壓相量，為電網(wǎng)電壓相量，R1、X1分別為線路電阻和電抗，分別為線路上流動(dòng)的有功電流和無(wú)功電流相量。一般而言，有功電流要遠(yuǎn)大于無(wú)功電流。由圖1(b)可見(jiàn)，是造成電壓降落的主要原因，垂直，造成的電壓降落可以忽略不計(jì)。由圖1(c)可見(jiàn)，是造成電壓降落的主要原因，垂直，造成的電壓降落可以忽略不計(jì)。所以有功電流和無(wú)功電流都會(huì)造成明顯的電壓降落，分別為和。當(dāng)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的輸出功率波動(dòng)時(shí)，有功電流和無(wú)功電流隨之變化，從而引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)和閃變。影響風(fēng)電機(jī)組輸出功率的因素很多，其中風(fēng)速的

6、自然變化是主要因素。風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械功率可以表示為 式中P為功率；為空氣密度；A為葉片掃風(fēng)面積；v為風(fēng)速；CP為功率系數(shù)，表示風(fēng)電機(jī)組利用風(fēng)能的效率，它是葉尖速比和槳距角的函數(shù)，葉尖速比定義為式中為葉輪轉(zhuǎn)速，R為葉輪半徑。 由式(1)可見(jiàn)，空氣密度、葉輪轉(zhuǎn)速、槳距角和風(fēng)速v的變化都將對(duì)風(fēng)電機(jī)組的輸出功率產(chǎn)生影響。風(fēng)速v的變化是由自然條件決定的，隨機(jī)性比較強(qiáng)，且功率與風(fēng)速的三次方近似呈正比，因此當(dāng)風(fēng)速快速變化時(shí)，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的輸出功率將隨之快速變化。葉輪轉(zhuǎn)速和槳距角的變化由風(fēng)電機(jī)組類型和控制系統(tǒng)決定，先進(jìn)的控制系統(tǒng)能夠減小風(fēng)電機(jī)組輸出功率的波動(dòng)。 此外，在并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，由于受塔影效應(yīng)

7、、偏航誤差和風(fēng)剪切等因素的影響，風(fēng)電機(jī)組在葉輪旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)矩波動(dòng)也將造成風(fēng)電機(jī)組輸出功率的波動(dòng)，并且這些波動(dòng)隨湍流強(qiáng)度的增加而增加。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)矩和輸出功率的波動(dòng)頻率與葉片經(jīng)過(guò)塔筒的頻率相同。對(duì)于三葉片風(fēng)電機(jī)組而言，波動(dòng)頻度為3P（P為葉輪旋轉(zhuǎn)頻率）時(shí)，最大波動(dòng)幅度約為轉(zhuǎn)矩平均值的20% 。 塔影效應(yīng)是指風(fēng)電機(jī)組塔筒對(duì)空氣流動(dòng)的阻礙作用，當(dāng)葉片經(jīng)過(guò)塔筒時(shí)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小。遠(yuǎn)離塔筒時(shí)風(fēng)速是恒定的，接近塔筒時(shí)風(fēng)速開(kāi)始增加，而更接近時(shí)風(fēng)速開(kāi)始下降。塔影效應(yīng)對(duì)下風(fēng)向類型風(fēng)電機(jī)組的影響最嚴(yán)重。塔影效應(yīng)可以用頻率為3P倍數(shù)的傅立葉級(jí)數(shù)表示6。由于葉片掃風(fēng)面積內(nèi)垂直風(fēng)速梯度的存在，風(fēng)剪

8、切同樣會(huì)引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。風(fēng)剪切可用以風(fēng)電機(jī)組輪轂為極點(diǎn)的極坐標(biāo)下的二項(xiàng)式級(jí)數(shù)表示6-8。從風(fēng)輪的角度看，風(fēng)廓線是一個(gè)周期性變化的方程，變化頻率為3P的倍數(shù)。 除了塔影效應(yīng)和風(fēng)剪切引起的輸出功率波動(dòng)外，在風(fēng)電機(jī)組輸出功率中還可檢測(cè)到頻率為p的波動(dòng)分量，其出現(xiàn)的主要原因可能是葉片結(jié)構(gòu)或重力不完全對(duì)稱。此外，頻率為塔筒諧振頻率的波動(dòng)分量也比較明顯，它可能是由于輪轂的橫向擺動(dòng)引起的。 并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組不僅在持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變，而且在啟動(dòng)、停止和發(fā)電機(jī)切換過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變。典型的切換操作包括風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)、停止和發(fā)電機(jī)切換，其中發(fā)電機(jī)切換僅適用于多臺(tái)發(fā)電機(jī)或多繞組發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組。這些

9、切換操作引起功率波動(dòng)，并進(jìn)一步引起風(fēng)電機(jī)組端點(diǎn)及其他相鄰節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)和閃變。圖1 雙饋式異步式風(fēng)電機(jī)組對(duì)于直接和電網(wǎng)相連的恒速風(fēng)機(jī)，軟啟動(dòng)階段要通過(guò)電力電子裝置與電網(wǎng)相連，因此會(huì)產(chǎn)生一定的諧波，不過(guò)因?yàn)檫^(guò)程很短，發(fā)生的次數(shù)也不多，通?？梢院雎?。2.3系統(tǒng)穩(wěn)定性大型風(fēng)電機(jī)組多為異步發(fā)電機(jī)，發(fā)出有功的同時(shí)也從電網(wǎng)中吸收無(wú)功，其對(duì)無(wú)功的需求隨著有功變化而變化。風(fēng)電這種與生俱來(lái)的特性使得它成為不能進(jìn)行自身調(diào)節(jié)的電源，因此導(dǎo)致了風(fēng)電場(chǎng)和電力系統(tǒng)進(jìn)行能量交換時(shí)存在隨機(jī)性，改變了系統(tǒng)中的潮流分布，增加了接入點(diǎn)電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，影響了電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定性。（1）對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響風(fēng)電場(chǎng)一般在電網(wǎng)的末端接入，而風(fēng)

10、電場(chǎng)的大規(guī)模異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向電網(wǎng)注入功率時(shí)也從系統(tǒng)吸收大量的無(wú)功功率，同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)出力的隨機(jī)性造成了接入點(diǎn)的潮流是雙向流動(dòng)的，這在原有的電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和建造時(shí)是未曾考慮的。隨著風(fēng)電場(chǎng)注入電網(wǎng)的功率的加大，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電壓和聯(lián)絡(luò)線功率會(huì)超出額定范圍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)潰。由于異步發(fā)電機(jī)具有規(guī)律恢復(fù)特性，在系統(tǒng)故障發(fā)生后，若風(fēng)電機(jī)組在系統(tǒng)故障排除后能恢復(fù)機(jī)端電壓并穩(wěn)定運(yùn)行,則地區(qū)電網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性便能得到維持；若風(fēng)電機(jī)組在故障排除后無(wú)法恢復(fù)機(jī)端電壓,風(fēng)電機(jī)組將超速運(yùn)行并失去穩(wěn)定,破壞區(qū)域電網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。此時(shí),需利用風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置、風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功支撐能力在暫態(tài)過(guò)程中支撐電網(wǎng)電壓,或者及時(shí)切除風(fēng)

11、電機(jī)組，以保證區(qū)域電網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。隨著風(fēng)力發(fā)電在整個(gè)系統(tǒng)中所占的比重越來(lái)越大，風(fēng)電不穩(wěn)定的有功功率輸出對(duì)電網(wǎng)的功率沖擊效應(yīng)也將不斷增大，嚴(yán)重情況下，將會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性被破壞，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)解列。（2）對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓的影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性使得輸出功率呈現(xiàn)波動(dòng)性變化，對(duì)電網(wǎng)電壓造成不利影響，電壓波動(dòng)和閃變是其中最主要的表現(xiàn)形式。 風(fēng)電場(chǎng)電壓崩潰的根本原因是系統(tǒng)無(wú)功功率的供給不足，配置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端的并聯(lián)電容器，在投切的過(guò)程中會(huì)引起電壓的跳變，當(dāng)系統(tǒng)電壓水平較低時(shí)，并聯(lián)電容器的無(wú)功補(bǔ)償量迅速下降，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功需求上升，進(jìn)一步惡化電壓水平，嚴(yán)重也時(shí)會(huì)造成電壓崩潰。 風(fēng)電場(chǎng)不同接入

12、方式對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響，在風(fēng)電場(chǎng)出力穩(wěn)定或者并網(wǎng)線路參數(shù)一致的情況下，應(yīng)選用分布式接入；在風(fēng)電場(chǎng)受到漸變風(fēng)、陣風(fēng)、切除風(fēng)影響時(shí)，應(yīng)選用集中式接入（3）對(duì)電網(wǎng)頻率的影響 風(fēng)電并網(wǎng)容量越大，其功率特性對(duì)電網(wǎng)頻率造成的影響也越大。由于風(fēng)電機(jī)組投切頻繁，使風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)的潮流處于一個(gè)雙向流動(dòng)的過(guò)程，這在一定程度上影響了系統(tǒng)的頻率，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)突然切除，使得瞬間電源和負(fù)荷失衡，引起電網(wǎng)頻率的降低研究顯示風(fēng)擾動(dòng)的波形和時(shí)間長(zhǎng)度是對(duì)影響電網(wǎng)頻率的兩個(gè)主要因素，風(fēng)擾動(dòng)的波形變化越劇烈,對(duì)系統(tǒng)頻率曲線的影響越快,而風(fēng)擾動(dòng)的波形峰值越高,對(duì)頻率曲線的峰值影響越大。2.4風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越低電壓穿越(LV

13、RT)，指在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間(區(qū)域)。是對(duì)并網(wǎng)風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí)仍保持并網(wǎng)的一種特定的運(yùn)行功能要求。不同國(guó)家(和地區(qū))所提出的LVRT要求不盡相同。目前在一些風(fēng)力發(fā)電占主導(dǎo)地位的國(guó)家，如丹麥、德國(guó)等已經(jīng)相繼制定了新的電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則，定量地給出了風(fēng)電系統(tǒng)離網(wǎng)的條件(如最低電壓跌落深度和跌落持續(xù)時(shí)間)，只有當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線以后才允許風(fēng)力發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)，當(dāng)電壓在凹陷部分時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)提供無(wú)功功率。這就要求風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的低電壓穿越(LVRT)能力，同時(shí)能方便地為電網(wǎng)

14、提供無(wú)功功率支持，但目前的雙饋型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是否能夠應(yīng)對(duì)自如，學(xué)術(shù)界尚有爭(zhēng)論，而永磁直接驅(qū)動(dòng)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已被證實(shí)在這方面擁有出色的性能。低電壓穿越- 具備能力 低電壓穿越能力是當(dāng)電力系統(tǒng)中風(fēng)電裝機(jī)容量比例較大時(shí)，電力系統(tǒng)故障導(dǎo)致電壓跌落后，風(fēng)電場(chǎng)切除會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，這就要求風(fēng)電機(jī)組具有低電壓穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)能力，保證系統(tǒng)發(fā)生故障后風(fēng)電機(jī)組不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。風(fēng)電機(jī)組應(yīng)該具有低電壓穿越能力：（a)風(fēng)電場(chǎng)必須具有在電壓跌至20%額定電壓時(shí)能夠維持并網(wǎng)運(yùn)行620ms的低電壓穿越能力; （b)風(fēng)電場(chǎng)電壓在發(fā)生跌落后3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定

15、電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須保持并網(wǎng)運(yùn)行; （c)風(fēng)電場(chǎng)升壓變高壓側(cè)電壓不低于額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。第三章 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題解決方案3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，由于它既能輸出有功功率，又能提供無(wú)功功率，周波穩(wěn)定，電能質(zhì)量高，已被電力系統(tǒng)廣泛采用。然而，把它移植到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上使用卻不甚理想，這是由于風(fēng)速時(shí)大時(shí)小，隨機(jī)變化，作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩極不穩(wěn)定，并網(wǎng)時(shí)其調(diào)速性能很難達(dá)到同步發(fā)電機(jī)所要求的精度。并網(wǎng)后若不進(jìn)行有效的控制，常會(huì)發(fā)生無(wú)功振蕩與失步問(wèn)題，在重載下尤為嚴(yán)重。這就是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)問(wèn)內(nèi)，國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組很少采用同步發(fā)電機(jī)的原因。但近年來(lái)隨著電力電子技

16、術(shù)的發(fā)展，通過(guò)在同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之問(wèn)采用變頻裝置，從技術(shù)上解決了這些問(wèn)題，采用同步發(fā)電機(jī)的方案又引起了人們的重視。目前國(guó)內(nèi)外大量采用的是交流異步發(fā)電機(jī)，其并網(wǎng)方式根據(jù)電機(jī)的容量不同和控制方式不同而變化。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)方法有：(1)直接并網(wǎng)。這種并網(wǎng)方法要求在并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，即可自動(dòng)并入電網(wǎng)，自動(dòng)并網(wǎng)的信號(hào)由測(cè)速裝置給出，而后通過(guò)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)完成并網(wǎng)過(guò)程。(2)降壓并網(wǎng)。這種并網(wǎng)方法是通過(guò)在異步電機(jī)與電網(wǎng)之間通過(guò)串接電阻、電抗器、自耦變壓器等方式，從而降低并網(wǎng)合閘瞬間沖擊電流幅值及電網(wǎng)電壓下降的幅度。由于電阻、電抗器等元件消耗功率，在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，

17、進(jìn)入穩(wěn)定進(jìn)行狀態(tài)時(shí)，必須將其迅速切除。(3)通過(guò)晶閘管軟并網(wǎng)。這種并網(wǎng)方法是在異步發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間每相串入一只雙向晶閘管連接起來(lái)，從而使發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間的沖擊電流，得到一個(gè)平滑的暫態(tài)過(guò)程。3.2電壓波動(dòng)和閃變?cè)u(píng)估 IEC 6140021并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組電能質(zhì)量測(cè)試和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中給出了閃變計(jì)算與評(píng)估方法。IEC 61400-21的主要內(nèi)容包括：描述并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組電能質(zhì)量特征參數(shù)的定義或說(shuō)明；電能質(zhì)量特征參數(shù)的測(cè)量過(guò)程；這些電能質(zhì)量特征參數(shù)是否滿足電網(wǎng)要求的評(píng)估方法。IEC 61400-21定義的并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組電能質(zhì)量特征參數(shù)包括風(fēng)電機(jī)組額定參數(shù)、最大允許功率、最大測(cè)量功率、無(wú)功功率、電壓波動(dòng)和諧波等，其

18、中電壓波動(dòng)測(cè)量和評(píng)估是IEC 61400-21的重點(diǎn)。 考慮到電網(wǎng)中其他波動(dòng)負(fù)荷可能在風(fēng)電機(jī)組公共連接點(diǎn)引起明顯的電壓波動(dòng)，且風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)依賴于電網(wǎng)特性。因此，為了在風(fēng)電機(jī)組公共連接點(diǎn)獲得不受電網(wǎng)條件影響的測(cè)試結(jié)果，IEC 61400-21采用了一個(gè)無(wú)其他電壓波源的虛擬電網(wǎng)來(lái)模擬風(fēng)電機(jī)組輸出的電壓，虛擬電網(wǎng)的單相電路如圖2所示。圖2中的虛擬電網(wǎng)由一個(gè)理想的相對(duì)地電壓源u0(t)、線路電阻Rfic和電感Lfic組成，u0(t)的幅值等于電網(wǎng)相電壓的標(biāo)稱值，相角等于風(fēng)電機(jī)組輸出電壓基波分量的相角，線路阻抗角等于電網(wǎng)阻抗角，im(t)為風(fēng)電機(jī)組輸出電流的測(cè)量值，ufic(t)為計(jì)算出的風(fēng)電

19、機(jī)組的瞬時(shí)電壓。ufic(t)可以表示為 （1）持續(xù)運(yùn)行過(guò)程 評(píng)估持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中的電壓波動(dòng)時(shí)必須涵蓋不同的電網(wǎng)阻抗角k和風(fēng)速分布情況，其中風(fēng)速分布按不同年平均風(fēng)速va的瑞利分布9來(lái)考慮。以不同情況下的電壓、電流測(cè)量數(shù)據(jù)作為虛擬電網(wǎng)的輸入量，計(jì)算出風(fēng)電機(jī)組的輸出電壓ufic(t)。根據(jù)國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-1510提供的閃變值算法，由ufic(t)計(jì)算短時(shí)間閃變值Pst,fic。然后，由下式計(jì)算閃變系數(shù)c(k) 組的額定視在功率。 根據(jù)服從瑞利分布的風(fēng)速和計(jì)算得出的閃變系數(shù)，得到閃變系數(shù)的累積概率分布函數(shù)為測(cè)量的最終結(jié)果。 為了評(píng)估一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)，可以根據(jù)下式計(jì)算短時(shí)間

20、閃變值Pst和長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt 式中ci(k,va)為單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的閃變系數(shù)；Sn,i為單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的額定視在功率；Nwt為連接到公共連接點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組的數(shù)目。（2）切換操作過(guò)程 評(píng)估切換操作過(guò)程中的電壓波動(dòng)必須涵蓋不同的電網(wǎng)阻抗角k情況，以及下面3種切換操作過(guò)程： （1）風(fēng)電機(jī)組在切入風(fēng)速下啟動(dòng)； （2）風(fēng)電機(jī)組在額定風(fēng)速下啟動(dòng)； （3）發(fā)電機(jī)在最差條件下切換（只適用于多臺(tái)發(fā)電機(jī)或多繞組發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組），最差條件是指閃變階躍系數(shù)kf(k)最高和電壓變化系數(shù)ku(k)最高的情況。 由虛擬電網(wǎng)仿真所得的風(fēng)電機(jī)組輸出電壓ufic(t)計(jì)算出短時(shí)間閃變值Pst,fic之后，可根據(jù)下式分別求得閃變階

21、躍系數(shù)kf(k)和電壓變化系數(shù)ku(k) 式中TP為測(cè)量持續(xù)時(shí)間；Ufic,max和Ufic,min分別為切換操作過(guò)程中ufic(t)有效值的最大值與最小值；Un為額定線電壓。 對(duì)計(jì)算所得的kf(k)和ku(k)分別取平均值，即為測(cè)量過(guò)程的最終結(jié)果。 為了評(píng)估單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動(dòng)，可以根據(jù)下式計(jì)算短時(shí)間閃變值Pst和長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt 式中N10為10min內(nèi)切換操作次數(shù)最大值；N120為2h內(nèi)切換操作次數(shù)最大值。 如果多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組連在公共連接點(diǎn)，則可按下式估計(jì)它們?cè)谇袚Q操作中引起的閃變 對(duì)于多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組連在公共連接點(diǎn)的情況，由于兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組不可能在同一時(shí)間完成切換操作，因此沒(méi)有必要考慮

22、多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組引起的相對(duì)電壓變動(dòng)問(wèn)題。短時(shí)間、長(zhǎng)時(shí)間閃變值和相對(duì)電壓變化值不能超過(guò)電網(wǎng)允許的最大限值。國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-3-711提供了估算中高壓電網(wǎng)所允許的閃變和電壓變化最大限值的方法。3、3風(fēng)電廠低電壓穿越解決方案結(jié)合我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，高速發(fā)展的大規(guī)模風(fēng)電裝機(jī)容量和滯后的電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)之間的矛盾是當(dāng)今風(fēng)電并網(wǎng)難的主要矛盾。著眼于這方面，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者從各個(gè)方面進(jìn)行了大量的研究，并提出了針對(duì)性的解決方案（1）配備充足的無(wú)功補(bǔ)償容量在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率來(lái)提供其建立磁場(chǎng)所需的勵(lì)磁電流，因此要保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運(yùn)行，為其配備充足的

23、無(wú)功補(bǔ)償容量是采取的最主要措施。目前，一般采用機(jī)端并聯(lián)電容、靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）以及靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）等來(lái)補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功（2）提高風(fēng)電機(jī)組低壓穿越能力風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越能力（Low Voltage Ride Through）是指風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)公公連接點(diǎn)電壓跌落時(shí)保持并網(wǎng)狀態(tài)并向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率以支撐電網(wǎng)電壓從而穿越低電壓區(qū)域的能力。典型的低壓穿越曲線如圖3-1所示。圖3-1 在故障發(fā)生時(shí)，電網(wǎng)的電壓會(huì)下降，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致功率缺額，如果不對(duì)風(fēng)電場(chǎng)加以控制，甚至?xí)a(chǎn)生“脫網(wǎng)”現(xiàn)象，給處于暫態(tài)過(guò)程中的電網(wǎng)引入了新的沖擊，對(duì)電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性將產(chǎn)

24、生不利影響。隨著風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)容量的增大，這種影響將越發(fā)明顯，因此應(yīng)采取措施對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)功率控制，提高風(fēng)電場(chǎng)的低壓穿越能力，使其能在故障期間向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。 目前常用的提高低壓穿越能力的方式有兩種：一是完善風(fēng)電機(jī)組整流器的控制策略，研究顯示，基于H技術(shù)和分析法設(shè)計(jì)的控制器能有效的提高機(jī)組的LVRT能力。二是增加其他的設(shè)備。為了在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的狀態(tài)下保護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器，常在DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)電路增加Crowbar電路，研究顯示，對(duì)于Crowbar控制的雙饋異步發(fā)電機(jī)（DFIG）系統(tǒng)，在引入計(jì)及定子電壓瞬態(tài)變化的DFIG數(shù)學(xué)模型后，能使Crowbar在電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)無(wú)需動(dòng)作，縮短了DFIG在故障清除后供電的時(shí)間。（3）儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用在電力系統(tǒng)引入大容量?jī)?chǔ)能裝置，不僅可以有效減小風(fēng)電對(duì)系統(tǒng)的沖擊和影響，提高風(fēng)電出力與預(yù)測(cè)的一致性，保障電源電力供應(yīng)的可信度，還可降低電力系統(tǒng)的備用容量需求，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)提高電力系統(tǒng)接納風(fēng)電的能力。應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的儲(chǔ)能手段中，抽水蓄能因其常受環(huán)境因素制約，最常見(jiàn)的是鉛酸電池儲(chǔ)能。研究顯示，將風(fēng)電機(jī)組和儲(chǔ)能單元相結(jié)合，利用電力儲(chǔ)能系統(tǒng)快速的功率吞吐能力和靈活的四象限調(diào)節(jié)能力，則能在頻繁的風(fēng)速擾動(dòng)下使風(fēng)電場(chǎng)的功率