風(fēng)電廠和電力系統(tǒng)的相互影響 就這個給我寫個論文 5000個字的

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熱心網(wǎng)友：一、引言 隨著世界環(huán)境趨惡化，風(fēng)力發(fā)電作為一種重要的可再生能源形式，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。隨著風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)的日益成熟和風(fēng)電價格的逐步降低，近些年來，無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家都在大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。特別是自20世紀(jì)80年代以來，大、中型風(fēng)電場并網(wǎng)容量發(fā)展最為迅猛，對常規(guī)電力系統(tǒng)運(yùn)行造成的影響逐步明顯和加大，由此提出了一系列值得關(guān)注和研究的問題。風(fēng)力發(fā)電之所以在全世界范圍獲得快速發(fā)展，除了能源和環(huán)保方面的優(yōu)勢外，還因為風(fēng)電場本身所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：(1)風(fēng)能資源豐富，屬于清潔的可再生能源；(2)施工周期短，實際占地少，對土地要求低；(3)投資少，投資靈活，投資回收快；(4)風(fēng)電場運(yùn)行簡單，風(fēng)力發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)性；(5)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相對成熟。另一方面風(fēng)電也存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在：(1)風(fēng)能的能量密度小且不穩(wěn)定，不能大量儲存；(2)風(fēng)輪機(jī)的效率較低；(3)對生態(tài)環(huán)境有影響，產(chǎn)生機(jī)械和電磁噪聲；(4)接入電網(wǎng)時，對電網(wǎng)有負(fù)面影響。 二、風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)的影響 風(fēng)力發(fā)電是一種特殊的電力，它以自然風(fēng)為原動力，風(fēng)資源的隨機(jī)性和間歇性決定了風(fēng)電機(jī)組的輸出特性也是波動和間歇的。作為發(fā)電機(jī)構(gòu)的異步發(fā)電機(jī)在發(fā)出有功功率的同時，需要從系統(tǒng)吸收無功功率，且無功需求隨有功輸出的變化而變化。當(dāng)風(fēng)電場的容量較小時，這些特性對電力系統(tǒng)的影響并不顯著，但隨著風(fēng)電場容量在系統(tǒng)中所占比例的增加，風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響會越來越顯著。本文主要從以下幾個方面討論并網(wǎng)風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響，包括并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊、對電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量以及繼電保護(hù)的影響。 1、并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊 異步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，沒有獨(dú)立的勵磁裝置，并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)本身沒有電壓，因此并網(wǎng)時必然伴隨一個過渡過程。直接并網(wǎng)時，流過5～8倍額定電流的沖擊電流，一般經(jīng)過幾百毫秒后轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時沖擊電流的大小，與并網(wǎng)時網(wǎng)絡(luò)電壓的大小、發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗以及并網(wǎng)時的滑差有關(guān)。滑差越大，則交流暫態(tài)衰減時間越長，并網(wǎng)時沖擊電流有效值也就越大。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與大電網(wǎng)并聯(lián)時，合閘瞬間的沖擊電流對發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行不會有太大影響。但對小容量電網(wǎng)而言，風(fēng)電場并網(wǎng)瞬間將會造成電網(wǎng)電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一電網(wǎng)上的其他電器設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)绊懙秸麄€電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。目前可以通過加裝軟起動裝置和風(fēng)機(jī)非同期并網(wǎng)來削弱沖擊電 流，但會給電網(wǎng)帶來一定的諧波污染。 2、對電網(wǎng)頻率的影響 風(fēng)電場對系統(tǒng)頻率的影響取決于風(fēng)電場容量占系統(tǒng)總?cè)萘康谋壤．?dāng)風(fēng)電容量在系統(tǒng)中所占的比例較大時，其輸出功率的隨機(jī)波動性對電網(wǎng)頻率的影響顯著，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量和一些對頻率敏感負(fù)荷的正常工作。這就要求電網(wǎng)中其他常規(guī)機(jī)組有較高的頻率響應(yīng)能力，能進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，抑制頻率的波動?？紤]到風(fēng)電的不穩(wěn)定性，當(dāng)風(fēng)電由于停風(fēng)或大失速而失去出力后，會使電網(wǎng)頻率降低，特別是當(dāng)風(fēng)電比重較大時，會影響到系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。消除該影響的主要措施是提高系統(tǒng)的備用容量和采取優(yōu)化的調(diào)度運(yùn)行方式。當(dāng)然，當(dāng)電力系統(tǒng)較大、聯(lián)系緊密時，頻率問題不顯著’。 3、對電網(wǎng)電壓的影響 風(fēng)力發(fā)電出力隨風(fēng)速大小等因素而變化，同時由于風(fēng)力資源分布的限制，風(fēng)電場大多建文檔沖億季，好禮樂相隨mini ipad移動硬盤拍立得百度書包 設(shè)在電網(wǎng)的末端，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較薄弱(短路容量較小)，因此在風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行時必然會影響電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定性。另外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用感應(yīng)發(fā)電機(jī)，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行需要無功支持，因此并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)對電網(wǎng)來說是一個無功負(fù)荷。為滿足風(fēng)力發(fā)電場的無功需求，每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)都配有無功補(bǔ)償裝置。目前常用的是分組投切電容器，其最大無功補(bǔ)償量是根據(jù)異步發(fā)電機(jī)在額定功率時的功率因數(shù)設(shè)計的。即在額定功率時無功補(bǔ)償量必須保證功率因數(shù)達(dá)到設(shè)計的額定功率因數(shù)，一般大于0．98。由于分組投切電容器不能實現(xiàn)快速連續(xù)的電壓調(diào)節(jié)，對快速的電壓變化無能為力。風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)電壓的影響主要有慢的(穩(wěn)態(tài))的電壓波動、快的電壓波動(1~lJ閃變)、波形畸變(1llJ諧波)、電壓不平衡(即負(fù)序電壓)、瞬態(tài)電壓波動(1~lJ電壓跌落和凹陷)等。 4、對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響 風(fēng)電接入系統(tǒng)引起的穩(wěn)定問題主要是電壓穩(wěn)定問題。這是由于：(1)普通的無功補(bǔ)償方式為電容器補(bǔ)償，補(bǔ)償量與接入點(diǎn)電壓的平方成正比，當(dāng)系統(tǒng)電壓水平降低時，無功補(bǔ)償量下降很多，而風(fēng)電場對電網(wǎng)的無功需求反而上升，進(jìn)一步惡化電壓水平，嚴(yán)重時會造成電壓崩潰，風(fēng)機(jī)被迫停機(jī)；(2)在故障和操作后未發(fā)生功角失穩(wěn)的情況下，部分風(fēng)電機(jī)組由于自身的低電壓保護(hù)而停機(jī)，風(fēng)電場有功輸出減少，相應(yīng)地系統(tǒng)失去部分無功負(fù)荷，從而導(dǎo)致電壓水平偏高，甚至使風(fēng)電場母線電壓越限；(3)故障切除不及時，會發(fā)生暫態(tài)電壓失穩(wěn)；(4)風(fēng)電場出力過高有可能降低電網(wǎng)的電壓安全裕度，容易導(dǎo)致電壓崩潰。總而言之，并網(wǎng)型風(fēng)電場對于電網(wǎng)穩(wěn)定性的主要威脅，一方面是風(fēng)速的波動性和隨機(jī)性引起風(fēng)電場出力隨時問變化且難以準(zhǔn)確預(yù)測，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電接入系統(tǒng)時潛在安全隱患；另一方面是弱電網(wǎng)中風(fēng)電注入功率過高引起的電壓穩(wěn)定性降低。 5、對電能質(zhì)量的影響 風(fēng)電對于電力系統(tǒng)是一個干擾源。風(fēng)電對電能質(zhì)量的影響主要有以下三方面(前述對電壓的影響是最重要的方面)： (1)風(fēng)速變化、湍流以及風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)造成的紊流，會引起風(fēng)電功率的波動和風(fēng)電機(jī)組的頻繁啟停，風(fēng)機(jī)的桿塔遮蔽效應(yīng)使風(fēng)電機(jī)組輸出功率存在周期性的脈動； (2)軟起動并網(wǎng)時，由軟起動裝置引起的各次諧波； (3)風(fēng)電經(jīng)AC／DC／AC并網(wǎng)時，由于脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生的諧波。諧波的次數(shù)和大小與采用的變換裝置和濾波系統(tǒng)有關(guān)。 6、對繼電保護(hù)裝置的影響 與常規(guī)配電網(wǎng)保護(hù)不同，通過風(fēng)電場與電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的潮流有時是雙向的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在有風(fēng)期間都和電網(wǎng)相連，當(dāng)風(fēng)速在起動風(fēng)速附近變化時，為防止風(fēng)電機(jī)組頻繁投切對接觸器的損害，允許風(fēng)電機(jī)組短時電動機(jī)運(yùn)行，此時會改變聯(lián)絡(luò)線的潮流方向，繼電保護(hù)裝置應(yīng)充分考慮到這種運(yùn)行方式。其次，并網(wǎng)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)沒有獨(dú)立的勵磁機(jī)構(gòu)，在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，由于機(jī)端電壓顯著降低，異步發(fā)電機(jī)僅能提供短暫的沖擊短路電流。此外， 由于目前一般風(fēng)機(jī)出口電壓大都是690V，折算到    35kV(威更高電壓等級)側(cè)時其阻抗需乘以 =(u35／Uo 6 ) ，因此從35kV側(cè)的等值電路來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)及相應(yīng)的低壓電纜相當(dāng)于一個很大的限流電抗，短路電流無法送出，因此風(fēng)電接入點(diǎn)的保護(hù)配置要考慮到風(fēng)電場的這一特點(diǎn)?？傊?，風(fēng)電場故障電流主要由公用電網(wǎng)電源提供，風(fēng)電場保護(hù)的技術(shù)困難是如何根據(jù)有限的故障電流來識別故障的發(fā)生，從而使保護(hù)裝置快速而準(zhǔn)確地動作。 7、大容量風(fēng)電并網(wǎng)電網(wǎng)故障對潮流的影響 在電網(wǎng)發(fā)生事故時，系統(tǒng)電壓瞬時發(fā)生變化，風(fēng)機(jī)在自身保護(hù)特性的作用下，降低了出力，系統(tǒng)潮流重新分布，重要聯(lián)絡(luò)線潮流變化明顯。通過電網(wǎng)實際故障經(jīng)模擬計算故障情況下風(fēng)電機(jī)組出力變化對系統(tǒng)潮流的影響，因此在各種工況計算時，應(yīng)充分考慮風(fēng)電機(jī)組出力對計算結(jié)果的影響。積累風(fēng)電運(yùn)行經(jīng)驗，對故障期間風(fēng)電受低電壓能機(jī)組的實際動作、出力 變化情況提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以提高仿真計算的精確度，更好地掌握在風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時的系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗。 8、電網(wǎng)電壓不平衡對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響。 潮流計算是獲取電網(wǎng)運(yùn)行情況和分析電網(wǎng)穩(wěn)定狀態(tài)的基礎(chǔ)工具, 一些風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)研究已經(jīng)使用了潮流計算。這些研究近似認(rèn)為系統(tǒng)三相平衡, 潮流可以采用單相代表三相來處理, 然而為了研究電網(wǎng)的三相不平衡運(yùn)行, 三相必須分別計算。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓取決于系統(tǒng)電壓, 而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組吸收的無功功率及機(jī)端電容補(bǔ)償?shù)臒o功功率與并網(wǎng)點(diǎn)電壓有關(guān)。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組母線電壓、無功均為未知量。風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng), 發(fā)出有功功率, 吸收無功功率。同時電網(wǎng)通過發(fā)電機(jī)終端電壓影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)的關(guān)系實際上是功率和電壓之間的關(guān)系, 通過適當(dāng)連接電網(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的模型可以進(jìn)行綜合仿真. 仿真步驟如下: (1) 設(shè)t = t0 ( t0 是仿真周期的起始時間) , 給出各母線電壓各相初始值; (2) 應(yīng)用t 時刻風(fēng)速和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組終端電壓當(dāng)前值, 進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動態(tài)仿真, 計算出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功、無功功率; (3) 進(jìn)行電網(wǎng)三相潮流計算, 得到修正后電壓; (4) 應(yīng)用t 時刻風(fēng)速和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組終端電壓當(dāng)前值, 進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動態(tài)仿真, 計算出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功、無功功率; (5) 如果有功和無功功率的初始值與修正后的修正值非常接近(誤差< 10- 3) , 則進(jìn)入第6 步,否則返回第3 步; (6) t = t + $t ($t 是時間步長)  (7) 判斷: 是否t > tend ( tend 仿真周期的截止時間) , 如果此式成立, 進(jìn)入第8 步, 否則返回第2 步; (8) 結(jié)束。 三、改善風(fēng)電場對電網(wǎng)影響的措施 風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)對電網(wǎng)的電能質(zhì)量和安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的負(fù)面影響，可以通過一些有效措施得到改善，進(jìn)一步降低風(fēng)電對電網(wǎng)的影響。 1、無功補(bǔ)償技術(shù) 改善風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行性能的無功補(bǔ)償技術(shù)包括風(fēng)電場出口安裝動態(tài)的無功調(diào)節(jié)裝置(svc)、具有有功無功綜合調(diào)節(jié)能力的超導(dǎo)儲~g(SMES)裝置等措施。靜止無功補(bǔ)償器(svc)可以快速平滑地調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償功率的大小，提供動態(tài)的電壓支撐，改善系統(tǒng)的運(yùn)行性能。將SVC安裝在風(fēng)電場的出口，根據(jù)風(fēng)電場接入點(diǎn)的電壓偏差量來控制svc~l,償?shù)臒o功功率，能夠穩(wěn)定風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)電壓，降低風(fēng)電功率波動對電網(wǎng)電壓的影響。SMES可以在四象限靈活調(diào)節(jié)有功和無功功率，為系統(tǒng)提供功率補(bǔ)償，跟蹤電氣量的波動。在風(fēng)電場出口安裝SMES裝置，充分利用SMES有功無功綜合調(diào)節(jié)的能力，可以降低風(fēng)電場輸出功率的波動，穩(wěn)定風(fēng)電場電壓。 2、風(fēng)電場通過輕型直流輸電"(HVDC Light)與電網(wǎng)相連 輕型直流輸電(HVDC Light)是在電壓源換流器(VSC)技術(shù)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)及絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等全控型功率器件基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由于使用了基于PWM控制的VSC結(jié)構(gòu)，HVDCLight具有直流輸電的優(yōu)點(diǎn)。HVDC Light不僅解決了分散電源接入的輸電走廊問題，而且其靈活的無功、電壓調(diào)節(jié)能力，打破了短路容量比對風(fēng)電場容量的限制，同時也改善了交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量，是風(fēng)力發(fā)電等分散電源與電網(wǎng)相連的一種理想選擇。 3、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 隨著電力電子元件的性價比不斷提高，未來幾年變速恒頻電機(jī)、雙饋電機(jī)等新型發(fā)電機(jī)組開始在風(fēng)機(jī)上推廣應(yīng)用，風(fēng)電場可以像常規(guī)機(jī)組一樣，承擔(dān)電壓及無功控制的任務(wù)，以最大限度提高風(fēng)能的利用效率。使用變速恒頻風(fēng)電機(jī)組有幾種方案可供選擇：采用通過電力電 子裝置與電網(wǎng)相連的同步發(fā)電機(jī)；或者采用變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)以最佳葉尖比運(yùn)行，比變槳距控制的實現(xiàn)更簡單、更經(jīng)濟(jì)。 四、結(jié)論 風(fēng)力發(fā)電是目前除水力發(fā)電以外最現(xiàn)實、技術(shù)最成熟且最具有規(guī)模效益的清潔能源發(fā)電方式。近年來，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展，我國的風(fēng)力發(fā)電也展現(xiàn)出蓬勃的生機(jī)。然而隨著風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電這種不穩(wěn)定的分散電源特性對電網(wǎng)的影響愈加顯著。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，可以通過采用有效措施來改善風(fēng)電場運(yùn)行性能，降低風(fēng)電對電網(wǎng)的影響。根據(jù)供電系統(tǒng)的供電情況和各類用戶用電規(guī)律, 合理地安排用戶的用電時間, 鼓勵低谷用電, 壓低高峰用電, 可以大大節(jié)約變壓器電能損耗, 同時也可以節(jié)約線路和整個電網(wǎng)的損耗, 達(dá)到節(jié)約電能的目的。

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