引言
風(fēng)能是一種清潔的、有可靠成本效益的發(fā)電資源，具有很高的環(huán)境效益和社會(huì)效益。全球市場(chǎng)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電這樣的具有很高環(huán)保效益和社會(huì)效益的技術(shù)有著巨大且持續(xù)增長(zhǎng)的需求。隨著風(fēng)電技術(shù)發(fā)展，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量不斷上升，風(fēng)力發(fā)電將逐步成為電力系統(tǒng)重要的電力來(lái)源。但受自然、技術(shù)等因素影響，風(fēng)力發(fā)電引起的電壓波動(dòng)、閃變和諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題阻礙了其發(fā)展。因此，如何控制好風(fēng)力發(fā)電中的電能質(zhì)量就顯得十分重要。
1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類型與特點(diǎn)
1.1恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，獲得與電網(wǎng)頻率一致的電能。其構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單，主要采用同步電機(jī)與鼠籠型感應(yīng)電機(jī)作為其發(fā)電機(jī)。同步電機(jī)轉(zhuǎn)速取決于極對(duì)數(shù)和頻率，鼠籠型感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速則稍高于同步轉(zhuǎn)速。其特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，造價(jià)低，維護(hù)量?。喝秉c(diǎn)是氣動(dòng)效率低，結(jié)構(gòu)負(fù)荷高，只能在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，并網(wǎng)操作實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，當(dāng)風(fēng)速改變會(huì)使其偏離最佳運(yùn)行轉(zhuǎn)速。
1.2變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是主流的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其風(fēng)力機(jī)采取變速運(yùn)行，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，通過(guò)電力電子變換裝置得到恒頻電能。在風(fēng)速變化情況下，通過(guò)此系統(tǒng)可以在捕獲最大風(fēng)能的同時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其輸出最大功率。同時(shí)，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)發(fā)出的有功功率和無(wú)功功率，能補(bǔ)償電網(wǎng)的功率因數(shù)。此外，該技術(shù)還能使發(fā)電機(jī)組與電力系統(tǒng)之間形成柔性連接。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，更易實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)操作，具有明顯的優(yōu)越性。
2風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響
2.1電壓波動(dòng)和閃變
電壓波動(dòng)指電壓方均根值一系列相對(duì)快速變動(dòng)或連續(xù)改變的現(xiàn)象。電壓波動(dòng)大小可由相對(duì)電壓變動(dòng)特性d來(lái)描述：
式中AU一線路首末端電壓差：
UN一線路額定電壓。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是風(fēng)電場(chǎng)引起電壓波動(dòng)的主要因素。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)送出有功功率（P>0），風(fēng)電場(chǎng)出線上的壓降為：
式中P一線路有功功率損耗：
O一一線路無(wú)功功率損耗：
R一線路電阻：
X一一線路電抗：
U1一線路首端電壓。
由式（2）可以看出，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率，特別是無(wú)功功率波動(dòng)，風(fēng)電場(chǎng)出線上的壓降會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組端電壓以及并網(wǎng)電壓波動(dòng)，從而引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)。而閃變現(xiàn)象則是風(fēng)電機(jī)組輸出功率波動(dòng)較大時(shí)產(chǎn)生。風(fēng)電機(jī)組的輸出功率計(jì)算式：
式中P一一輸出功率：
p一空氣密度：
a一風(fēng)輪掃風(fēng)面積：
?、咭伙L(fēng)速：
cP（入，8）一風(fēng)能利用系數(shù)，是葉尖速比入和獎(jiǎng)距角8的函數(shù)。
由式（3）可知，風(fēng)電機(jī)組的輸出功率與風(fēng)速、空氣密度有關(guān)，其值隨風(fēng)況在零功率和額定功率之間不斷波動(dòng)，其中風(fēng)速影響更大。由于風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速的隨機(jī)性大，風(fēng)機(jī)功率頻繁變化會(huì)引起電壓頻繁波動(dòng)和閃變。此外，受塔影效應(yīng)、偏航誤差等因素影響，風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)會(huì)造成風(fēng)機(jī)輸出功率的波動(dòng)。
2.2諧波
恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有電力電子元件參與，故沒(méi)有諧波產(chǎn)生。軟并網(wǎng)裝置含有電力電子元件，當(dāng)機(jī)組在工作狀態(tài)時(shí)，將產(chǎn)生部分諧波電流，但因?yàn)闀r(shí)間很短可以忽略不計(jì)。
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因要產(chǎn)生恒頻電能，采用了大容量電力電子元件，給電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的諧波污染，諧波干擾的程度取決于電力電子元件裝置的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及其安裝的濾波裝置性能，同時(shí)也與電網(wǎng)的短路容量有關(guān)。此外，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償裝置與線路電抗產(chǎn)生諧振，對(duì)諧波會(huì)起到嚴(yán)重的放大作用。
3提高電能質(zhì)量的措施
3.1電壓波動(dòng)與閃變的抑制技術(shù)
供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性以及電力系統(tǒng)短路容量大小是決定電壓波動(dòng)與閃變程度的重要因素。同時(shí)，頻繁啟動(dòng)功率
較大的電機(jī)也會(huì)給系統(tǒng)造成很大沖擊。因而，抑制電壓波動(dòng)與閃變必然要從選擇補(bǔ)償裝置、改善設(shè)備性能、提高供電能力等幾方面來(lái)采取相應(yīng)措施。一般可通過(guò)降壓、加設(shè)斬波器、串接電阻等方式實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)特性的改善。通過(guò)如架設(shè)專用供電線路之類的供電方式的改造，可以有效降低電壓波動(dòng)和閃變問(wèn)題的嚴(yán)重程度，但需從經(jīng)濟(jì)性角度衡量投資與效益的關(guān)系。采用快速無(wú)功功率補(bǔ)償裝置也能很好抑制電壓波動(dòng)和閃變。
3.2電力諧波抑制技術(shù)
隨著越來(lái)越多敏感負(fù)荷對(duì)濾波效果要求的提高以及全控型功率器件技術(shù)的進(jìn)步，有源電力濾波器開(kāi)始受到人們的重視。有源電力濾波器相對(duì)于無(wú)源濾波器被動(dòng)吸收固定諧波而言，其能動(dòng)態(tài)產(chǎn)生與補(bǔ)償諧波形狀一致、相位相反的電流，以抵消非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，達(dá)到抑制諧波的目的。有源電力濾波器響應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，濾波效果不受系統(tǒng)參數(shù)影響的特點(diǎn)，使其成為抑制電力諧波的良好選擇。除此之外，電抗器、電容器等其他靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置也能對(duì)諧波起到較好的抑制效果。
4結(jié)語(yǔ)
風(fēng)力發(fā)電規(guī)模迅速擴(kuò)大，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)是電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)。但風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的電力諧波、電壓波動(dòng)及閃變等問(wèn)題，嚴(yán)重影響著風(fēng)力發(fā)電的效率。只有這些問(wèn)題得到有效解決，才能發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電效能，使整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
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