２００８年１０月电力设备第９卷第１０期ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＯｃ．ｔ２００．８ｌ９ＮＯｏ１０Ｖ９１大型风机并网的电能质量问题及解决方案罗斌，綦光泽（荣信电力电子股份有限公司，辽宁省鞍山市１１４０４１）摘要：对风电场的各种电能质量问题进行了分析，并时各自产生的原因进行了阐述，说明了风电场使用动态无功补偿的重要性。同时，对目前存在的４种动态无功补偿装置进行了多个方面的比较，提出了适用于风电场的无功补偿方式。关键词：电能质量；风电场；有载调压；磁阀式可控电抗器（ＭＣＲ）；晶闸管控制电抗器（ＴＣＲ）；静止无功发生器（ＳＶＧ）‘中图分类号：ＴＭＴｌ４．３；ＴＭ６１４０引言由图１可知，风机的并网使等效尖峰负荷和轻负荷的差距变大，而且随着风速的增大，风电机组产生风力发电具有其特殊性，由于风电机组的原动力的电压波动也不断增大，当风速达到额定风速并持续来源于流经风力机的／ｘ－Ｌ能，而风速和风向具有随机变增大时，虽然恒速风电机组町以通过叶片的失速效应动的自然特性。因此风电机组的电能输出也是随机变而使得电压波动和闪变减小旧１；而变速风电机组也能动的。换句话说，风电机组属于不能进行出力调整的够通过平滑功率波动，减小产生的电压波动ｐＪ。但是电源装置，所以，风力发电出力的短周期变动较为显由于叶片失速效应和变速风机的功率调节功能并不著；此外，由于不同安装地点的风速和风向具有明显能完全同步于风速的变化情况，所以ｘ，－Ｊ－于风力发电来的差异，即使在同一个风电场内的风电机组，其出力说，风机的波动问题是普遍存在的。湍流强度ｘ，－ｔ电压的变动也是不同步的。这种随机的、随风速变动的功波动的影响较大。两者几乎呈正比增长关系ⅢＪ。对率注入电网，将对电网的电能质量造成影响。随着风于现代三叶片风电机组而言，其功率波动的频率为３电场规模的增大，风电场接入系统引起的电能质量问倍的风力机叶片旋转频率，也就是常说的３ｐ频率。题必将越来越严重，在某些情况下电能质量问题将成３ｐ频率范同通常为１～２Ｈｚ［６Ｊ，该频率下的风电机组为制约风电场装机容鼍的主要冈素。输出功率波动幅度有时可达到瞬时平均功率的２０％［７－ｓ】。１风电场的电能质量问题同样，风剪切效应也将对风速的变化产生影响。风剪切作用是指风力机叶片在旋转过程中，在不同的１．１电压波动和电压暂降位置处将面对不同的风速，这是风速垂直梯度变化的风况对风电机组引起的电压波动具有直接的影结果，这种风速变化导致了叶片获取的风能乃至机械响，尤其是平均风速和湍流强度。图ｌ为日负荷和风转矩的波动。风速与垂直高度的关系可以用指数函能输出的等效负荷曲线…。数表示，如式（１）所示２５０２００≥１５０湍＝（音）“（１）差１００式（１）中，日是风电机组的轮毂高度，ｚ是距离地面的５０高度，ｖ（日）、ｖ（彳）分别表示机绀轮毂处和距离地面ｚＯ处的ＪｘＬ速，ａ称为风剪切指数。实测表明Ｊｘｔ，剪切指数—５０ｔｉｔ是随着时间、风速大小以及温度的变化而变化的量２∞值，有时还会出现负值，ａ的典型值为１／７。１５０此外，塔筒的存在使得风在经过塔筒时会产生风≥１００萋５０向和风速的改变，进而造成风力机转矩的变化，这种０效应就是塔影效应。塔影效应的影响可以等效为叶－５０片经过塔筒时风速的降低，这使得风力机转矩成为随－１００２：∞５：００８：００１１：００１４：００１７：００２０：００２３：∞着叶片旋转角的变化而变化的量值，风电机组的输出时问功率也因此随着时间而变化。图１日负荷和风能输出的等效负荷曲线电压暂降是由风电机组的突然启停引起的另一个 电力设备第９卷第ｌＯ期电能质量问题，以感应电机作发电机的恒速风电机组并网时引起的电压暂降较为严蕈，这主要是闪为恒速风机所要求的并网时间较短，其中定桨矩恒速风电机组的要求并网时间仅为０．２８，将引起较大的电压暂降一Ｊ。虽然，对于变速恒频风电机组，由于允许运行的转速变化范围较宽，冈此在投入时就允许在一个较长的时间段内来完成整个操作，投入操作引起的电压暂降相对不那么严重，但是当风电场在尖峰负荷时切机和在轻负荷时投入，仍然存在严重的扰动。图２为风电场投入和切除时引起的线路功率变化曲线。１∞ｏ………。ｆ善蠹｝附Ｍ———忑ｉ罨：：Ｕ７５０卜———靠厂——１占———蠡——弓 响较小，但是当系统处于重负荷时，系统本身比较弱，使得风电机组的投运冲击仍然对系统存在很大的扰动。第二个部分是在恒定运行时，风电机组的有功功率输出功率变化带来的电压波动问题，这主要是由于机组可利用的风速变化引起的，此时电压水平随着有功功率输，ｑｌ的增加而增加。恒速ｊｘｔ，电机组和变速风电机组在连续运行过程中都存在输出功率的波动问题。风速的变化直接导致了风电场接入电压的波动。而这２种电压问题都是不停变化、无法控制的，电压的波动和暂降的幅度及时刻都是不能预测的，因此，同定无功补偿装置已不能满足风电场的运行要求。１．２谐波谐波ｆｎＪ题是风电并网引起的另外一个电能质量问题。不论何种类型的风电机组，发电机本身产生的谐波是可以忽略的，谐波电流的真正来源是风电机组中的电力电子元件。埘于恒速风电机组来说，在持续运行过程巾没有电力电子元件的参与，因而也没有谐波电流的产生；当机组进行投入操作时，软并网装置处于工作状态，将产生部分谐波电流，但由于投入过程较短，这时的谐波电流注入实际上是可以忽略的。真正需要考虑谐波十扰的是变速恒频风电机组，这是因为其中的变流器始终处于工作状态Ｈ…，谐波电流大小与输出功率基本呈线性关系，也就是与风速大小有关。在正常状态下，谐波干扰的程度取决于变流器装置的设计结构及其安装的滤波装置状况，同时与电网的短路容量有关。由于风电场的电能质量检验标准主要体现在接人点的电压质量上，因此各种改善电压质量的无功补偿装备也越来越多的被应用在风电场中。由于／ｘｌ，电场的特性，传统的同定补偿方案已经不适合于风电场的无功补偿，经过长期的研究，目前的动态无功补偿装置主要有以下几种方式：有载调压，ＭＣＲ型ＳＶＣ，ＴＣＲ型ＳＶＣ以及ＳＶＧ。下面将从多个方面对这几种动态无功补偿方式进行对比。占地面积有载调压型无功补偿装置的主要部分相当于一个可调抽头的变压器和电容器组组成，全部为户外设备，占地面积很小。而ＭＣＲ型ＳＶＣ装置的主体为铁心电抗器。另外，由于磁阀式町控电抗器本身并不产生谐波。同定补偿部分小需要设置滤波电抗器，经常采用集成式电ＴＣＲ型ＳＶＣ装置的主体采用空心电抗器。因此装置的主体ＴＣＲ部分占地面积较大，另外。ＴＣＲ型ＳＶＣ本身会产生５次、７次谐波，必须配备滤波装置，２风电场的无功补偿方案２．１抗器设备，所以整体装置面积也较小。而且磁阀式电抗器可以放置在户外，能够节约建筑面积。电能质鼍专题罗斌等：大型风机并网的电能质量问题及解决方案２ｌ增加了滤波电抗器部分的设计，使得ＴＣＲ型ＳＶＣ的面积加大。但ｉ是由于风电场所处的电网环境通常具有背景谐波，而且变频风机的大量投入，使得风机注入系统的谐波大大增加，滤波装置的设置显得．｝．分有必要，当ＭＣＲ型ＳＶＣ和ＴＣＲ型ＳＶＣ均配备滤波器时，由于ＴＣＲ（ＩＶＩＣＲ）部分在整体装置占地面积中所占比率较小（ＴＣＲ中电抗器占总体面积约为３０％，ＭＣＲ中电抗器占总体面积约为１５％），所以２种方式所占的占地面积实际相差并不大。ＳＶＧ由２个部分组成，可调部分以及同定部分。由于ＳＶＧＩ占ｌ定补偿电容器容量只是总体补偿容量的一部分，所以同定补偿电容器所占的面积是最小的。ＳＶＧ的总体占地面积比同容量的ＳＶＣ小３０％左右。由于风电场一般建立在风能密集的旷野或者沿海人几稀疏地区，环境相对空旷，在这种情况下，占地面积略大基本不构成什么问题。以上４种无功补偿方式利用在风电场时，占地面积并不是第一考虑要素。２．２投切方式及响应速度有载调压型尤功补偿装置采用机械开关，投切速度慢，一般整体的响应时间达到３～６０ｓ。投切时会产生涌流，不能够频繁使用，投切次数有限，约为几千次。ｌＶＩＣＲ型ＳＶＣ装置由于采用的是改变铁心磁饱和度的原理，而铁心内的磁通有惯性，从空载到额定的变化，一般在秒级以上。虽然现在也可采取一些措施提高ＭＣＲ型ＳＶＣ的响应速度，但一般＂ｄｚ很难低于１５０ｍｓ。一般在１００—３００ｍｓ之内，是ＴＣＲ型ＳＶＣ的１０倍以上。而它的控制是通过控制晶闸管的导通角来控制磁路电流的大－＇ｂ，以改变电抗器的感抗，所以一般不会产生涌流，能够频繁投切。ＴＣＲ型ＳＶＣ装置整体的投入完全由晶闸管的控制进行，响应速度快，一般在１０～２０ｍｓ之内，不会产生涌流，能够频繁投切。ＳＶＧ利用ＧＴＯ或者ＩＧＢ．Ｔ等电力电子元件进行投切，开关频率很高，响应速度低于１０ｍｓ¨…。能够频繁投切，不产生涌流。２．３补偿效果有载调压型无功补偿装置属于分级投切，不能连续凋节；机械开关，补偿速度慢，并且有载调压不能够补偿三相不平衡。ＭＣＲ型ＳＶＣ装置可以对无功进行平滑调节，但由于本身反应速度较慢，导致风电场母线电压恢复时问较长，由前面分析风电场的运行特性可知，在定桨距风机并网时，并网时间仅为０．２ｓ。百毫秒级的补偿速度可能会存在风险。ＴＣＲ型ＳＶＣ装置可以对无功进行平滑调节，而且补偿速度快，能够做到无功和电压兼顾，大大改善风电场的并网电压质＿ｔｉｔ。ＳＶＧ能够对无功进行快速平滑的调节，补偿速度 快，不过日前同样容鼍的ＳＶＧ和ＳＶＣ相比，可调范围相对要小。一般为５０％可调，５０％固定，否则价格将会过于昂贵。２．４运行经济性有载调压型无功补偿装置根据Ｑ＝２．ｔｒｆＣＵ２原理，通过改变电容器端电压来调节无功输出，电容器固定接入不分组，而其输出容量可从２５％一１００％分九级输出。它的无功补偿方式是把开关投切电容的方式变换成由有载变压器的控制投切方式，与分组电容器投切的本质一样。且此种方式带有自耦变压器，由于变压器的自身损耗，这种方式的损耗很大。约在２％～５％之间。虽然前期投入较小，但如此大的损耗再加上由于町调分接头容易出现故障，平时运行过程中需要派每人进行现场维护，增加ｒ人力的投入，所以有载调压实际的经济性是比较差的。ＭＣＲ型ＳＶＣ装置采用饱和电抗器技术，铁心损耗非常大。虽然现在的ＭＣＩｔ采用部分铁心饱和技术，比早期的饱和电抗器损耗降低不少，但仍然有大量的损耗。大量数值计算和实测表明，ｂｌＣＲ的有功损耗和其抽头比６有关，如式（２）所示…Ｊ。旦一生查，，，、ｐ一（１—６）订、‘７当抽头比为０．０５时，有功损耗高达６．３％，目前随着制造技术的提高，ＭＣＲ型ＳＶＣ的损耗也可低至２．５％。必须有专ｆＪ的监控系统和人力投入来ｘ．－ｔ设备进行维护。ＴＣＲ采用空心电抗器，损耗一般分为５个部分，Ｐ。，。。为晶闸管导通状态损耗；Ｐ伽为晶闸管开关总损耗；Ｐ州为均压回路损耗；Ｐ。为过电压吸收回路损耗，Ｐ№为阀电抗器磁滞损耗，其中Ｐ。，ｄ。＝３×２Ｘ［，ｌ·ｕＴｏ·，１Ｈｖ＋，Ｔ·，２甚Ｍｓ）］＋Ｒｂ。ｂ＿ｒ·珞Ｍｓ］式中，ｎ为阀体巾串联的晶闸管数日；，豫淞为品闸管电流有效值；％为晶闸管的门槛电压；，，为品闸管的斜率电阻；Ｒ‰为不计晶闸管自身电阻时的阀端间直流电阻。ＰＴ肼＝０．０３ＸＰ。ｄ。Ｐ订＝３ｕ乞／（Ｒ州·尼）Ｐ。＝３·ｆ·Ｃ。／凡Ｘ（１．４１４·Ｕ·ｓｉｎａ）２Ｘ２式中，ｃ。为过电压吸收回路电容值。Ｐｈ，¨＝ｎＬＸＭＸ后ｘｆ式中，％．为阀巾电抗器铁心数目；Ｍ为每一个铁心的质量；矗为磁滞特性损耗数值。由以上国家标准町知，ＴＣＲ型ＳＶＣ的损耗一般不超过０．５％【１２Ｊ。由于晶闸管技术经历了几十年的发展历程，大功率大容量的ＳＶＣ已经是一个成熟的工业产品，全世界投运ＳＶＣ已接近１０００套。其中荣信电力电子股份有２２电力设备第９卷第１０期限公司已生产４００余套ＳＶＣ，１００％在线运行，经受住各种恶劣环境的考验，已经能够做到免维护运行。ＳＶＧ运行业绩较少，还没有相应的损耗计算规范出现，目前能够见到的ＳＶＧ种类主要有变压器多鼋化和级联式２种结构，具体损耗较难估计，大致范闱从０．２％～２％。ＳＶＧ属于高新技术产品’冈Ⅱ刚投入市场，控制系统复杂，还没有足够的运行经验，装置故障几率较高，需要经常进行维护。以一个１２Ｍｖａｒ的方案进行Ｘ－Ｊ＂比，运行经济比较见表１（每年投入８４００调压方案完全不能解决该电厂的问题，已经退出运行。改使用ＴＣＲ型ＳＶＣ的方案。ＭＣＲ型ＳＶＣ由于其较为低廉的价格和连续调节的特性也已经在风电场中有了应用的实例，比如中广核苏尼特风电场等个别风电场，但是由于ＭＣＲ之前主要应用于煤炭行业，煤炭行业的电压等级多为６、１０ｋＶ，而风电场一般的运行工况为３５。ｋＶ，提高电压等级会显著降低ＭＣＲ运行的安全性，ＭＣＲ是否能够在３５ｋＶ电压等级下仍然可靠运行存在疑问，而且，ｈ，设备上网电费０．５ＴＬ／ｋＷｈ）。ＭＣＲ能够达到的单机最大补偿容量约为十几兆，当需要提高无功补偿容量时，设备的安全性将大幅度降低，而成本却会大大增加。不能够适应风电场容量逐渐增大的趋势（如内蒙古北方龙源锡林浩特灰腾粱风电场，无功补偿容量需求达到３０Ｍｖａｒ）。ＴＣＲ型ＳＶＣ已终被广泛的应用于３５ｋＶ电压等级，运行绛验丰富，可靠性高。它目前是风电场中使表１运行经济性对比用最多的无功补偿设备，约有近３０家风电场采用了２．５工程应用情况有载调压设备由于其操作简单，价格低廉，已经被广泛应用于各种无功补偿的场合，但是由于其不具备调节三相不平衡的能力以及过高的响应速度，已经不适合在风电中进行应用。如申花协和汞宝拉格风电场，在运行过程巾经常发生三相电流不平衡故障，导致风机大量退出不能正常发电，场内原配置的有载表２ＴＣＲ的方案，如山西平鲁风电场、山西右玉风电场、内蒙古京能察右巾风电场等。ＳＶＧ由于其理论上的卓越性能也已在风电领域中得到应用，不过和ＭＣＲ一样，由于运行经验较少，而且由于容鼍的限制，市场前景并不理想。２．６总体性能比较对４种无功补偿方式进行总体对比如表２所示。４种无功补偿方式的总体性能对比３结论综上所述，有载调压式无功补偿系统作为一种新型设备虽然价格低廉，在无功补偿上起到了一定的作用，但投切方式与同定电容补偿没有本质的区别，且无运行经验，理沦故障率高，势必会淡出风电场；ＴＣＲ型ＳＶＣ除了占地画积略大于ＭＣＲ型ＳＶＣ外，其余噪声、响应速度、运行损耗和可靠性４个指标均优于ＭＣＲ型ＳＶＣ，尤其是运行损耗和可靠性上，远高于后者，建议其可在各种动态无功补偿场合使用，尤其适合于大型风电场的动态无功补偿；而ＳＶＧ由于目前技术还没有成熟，应谨慎应用，在全面、长期的现场考验之前，不宜推广使用。力科学研究院，２００７．［２］Ｍ．Ｐ．Ｐａｐａｄｏｐｏｕ］ｏｓ，Ｓ．Ａ．Ｐａｐａｔｈａｎａｓｓｉｏｎ，ｅｔａ１．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｉｃｋｅｒｅｍｉｓｓｉｏｎｂｙｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ，Ｐａｐｅｒａｃｃｅｐｔｅｄｔｈｅ８ｔＩｌｆｏｒｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎｄｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｏｗｅｒＩＣＨＱＰ９８，ｊｏｉｎｔｌｙｏｒｇａｎｉｚｅｄｂｙＩＥＥＥ／ＰＥＳ［３］‰ｎａｎｄＮＴＵＡ．Ａｔｈｅｎｓ，Ｇｒｅｅｃｅ，Ｏｃｔｏｂｅｒ１４’１６．１９９８．Ａ．ＦｌｉｃｋｅｒｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｄｕｒｉｎｇＥｎｅｒｇｙｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｐ－ｅｒａｔｉｏｎ．ＩＥＥＥ１１４－１１８．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００２，１７（１）：［４］ＰａｐａｄｏｐｏｕｌｏｓＰＭ，ＰａｐａｔｈａｎａｓｓｉｏｕＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＡＳ，ＴｅｎｔａｅｒａｋｉｓＴＳｅｔａ１．ｔｕｒ－ｔｈｅｆｌｉｃｋｅｒｅｍｉｓｓｉｏｎｂｙｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｎｄｂｉｎｅｓ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ８ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｉｅｓＨａｒｍｏｎ．ａｎｄＱｕａｈｔｙｏｆＰｏｗｅｒ，Ａｔｈｅｎｓ，Ｇｒｅｅｃｅ，１９９８：ｌ１５２—１１５７．Ｐ，｜ｏａｎｎｉｄｅｓＧ［５］Ｌａｄａｋａｋ∞ＤｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓＭ，ＫｏｕｌｏｎｖａｎＩＭ．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ４参考文献［１］戴慧珠．近期中国风力发电并网研究．可再生能源部，中国电ｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｑｌｌａＩｉｔｙｏｆｗｅａｋ咖ｄｓ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｉｅｓｔｈｅ８ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＨａｒｍｏｎ—ａｎｄＱｕａｌｉｔｙｏｆＰｏｗｅｒ，Ａｔｈｅｎｓ，Ｇｒｅｅｃｅ，１９９８：９００’９０５． 电能质量专题罗斌等：大型风机并网的电能质量问题及解决方案［６］Ｒ．Ｇｒａｎｂａｕｍ．ＳＶＣＬｉｇｈｔ：ＡｐｏｗｅｒｆｕｌｍⅧｒｌｓｆｏｒｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅ【ｌＯ］王仲鸿．沈斐。吴铁铮．ＦＡＣＴＳ技术研究现状及其在中国的应ａｎｄｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｉｎＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｐｏｗｅｒｅｌｅｃ—用与发展［Ｊ］．电力系统自动化，２０００，２４（２３）：ｌ－５．ｔｒｉｅｓａｎｄｖａｒｉａｂｌｅ８Ｐｅｅｄｄｒｉｖｅｓ，１８。１９Ｓｅｐｔ删ｂｆＩｒ２０００，Ｃｏｎｆｅｒ－［１１］尹忠东，刘虹，陈柏超，等．磁阀式可控电抗器的研究［Ｊ］．变ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎＮｏ．４７５＠ｌＥＥ２０００．Ｐｐ：４０４。４０９压器，１９９８，３５（７）：卜４．【７］Ｈ．Ａｉｎａｒｉ８，Ｃ．Ｖｉｌａｒ，ｅｔａ１．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｉｃｋｅｒ［１２］姜齐荣．电力系统并联补偿：结构、原理、控制与应用．北京：ｐｍｄｕｃｅｄｂｙｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｓｙｓｂｙｍｓ，Ｐａｐｅｒａｃｃｅｐｔｅｄｆｏｒ机械工业出版社，２００４．ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎａｔｔｈｅ８山ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｎｆｅ他ｎｃｅｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎｄｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｏｗｅｒＩＣＨＱＰ’９８，ｊｏｉｎｔｌｙｏ卿删ｂｙＩＥＥＥ／ＰＦ—Ｓａｎｄ收稿日期：２００８－０８－２０ＮＴＵＡ，Ａｔｈｅｎｓ，Ｇｒｅｅｃｅ，Ｏｃｔｏｂｅｒ１４。１６，１９９８．［８］Ｇ．Ｃｏｒｄｅｓ，Ｆ．Ｓａｎｔｊｅｒ．Ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｉｎ－作者简介：ｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅ—ｄ．Ｐｒｏｃ．Ｅｕｒｏ．Ｗｉｎｄ罗斌（１９８０。），男，工程师，主要从事风电场并网研究ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｆ．，Ｔｈｅｓｓａｌ—ｏｎｉｋｉ，Ｇｒｅｅｃｅ．Ｏｃｔ．１０—１４，１９９４，１１１２－１１１５．工作；［９］Ａｋｅ［＾ｒｓｆｏｎ．ｎｉｃｋｅｒｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｓｗｉｔｃｈ綦光泽（１９８０。），男，工程师，主要从事高压动态无功补偿研ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒａｉｏｎ，Ｖｏｌ，１７，Ｎｏ．究工作。１．Ｍａｒｃｈ２００２．１１９·１２３．（责任编辑赵杨）ＴｈｅＱｕａｌｉｔｙＰｒｏｂｌｅｍｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｅｒｇｙａｎｄＩｔｓＳｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒＬａｒｇｅＷｉｎｄＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈＰｏｗｅｒＧｒｉｄＬＩＸ）Ｂｉｎ，ＱＩＧｕａｎｇ—ｚｅ（ＲｏｎｇｘｍＰｏｗｅｒＥｅｅｃｔｒｏｎｉｃＣＯ．，Ｌｔｄ，Ａｎｓｈａｎｌ１４０４１，Ｃｈ缸ａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｑｕａ斑ｙｐｒｏｂｌｅｍｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｆｏｒｗｉｎｄｐｏｗｅｒｆａｒｍ，ｅｌａｂｏｒａｔｅｄｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｂｌｅＩｎｓ，ａｎｄｅｘｐｌａｉｎｅｄｔｈｅｈｎｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｕｓｉｎｇｄｙｎａｍｊｃｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ缸ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｆａｒｍ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅ４ｋｉｎｄｓｏｆｅｘｉｓｔｅｎｔｄｙｎａｍｉｃｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｗｅｆｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｉｎｍａｎｙａｓｐｅｃｔｓ．ａｎｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅｆｏｒｗｉｎｄｐｏｗｅｒｆａｒｍｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗ砌ｆａｒｍ；ｏｎｌｏａｄｖｏｌｔａｇｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；～峨ＴＣＲ；ＳＶＧ·综合信息·世界首台±８００ｋＶ直流输电变压器在华诞生８月１０日，目前周内完全独立自主设计制造的电举世瞩目的ｉ峡－Ｉ－５００ｋＶ直流输电工程，提供了３０压等级最高、绝缘水平最高、技术难度最大的直流输电台围际尖端的换流变压器和平波电抗器。在此基础｜Ｔ程用５００ｋＶ、２４．．４１万ｋＶＡ单相强油风冷有载调压上，两电两变经过科研攻关、技术创新，开发了专家系换流变压器，在西电集团一次性通过全部试验，技术统软件包，进行变压器类产品的量化计算、分析和优性能达到国际先进水平。这台具有完全自主知识产权化设计，为西北一华中联网灵宝换流站、东北一华的高新技术产品，是两电集团为世界上第一条±８００北联网高岭换流站两大工程，自主开发研制了换ｋＶ直流输电工程一云广线研制的首台产品。它对提流变压器和平波电抗器。随着研究工作的深入，高换流变压器可靠性、完成新型直流出线结构的研制，西电两变又对设计软件进行了升级和完善，达到了内置式非线性电阻的使用、新组件的运用等关键技术±５００～４－８００ｋＶ直流输电工程用换流变压器结构进行了创新。标志着西电集团进一步掌握了特高压直ＣＡＤ设计，电、磁、热、力等场量的分析计算，以及进流输电制造的核心技术，成功地实现．ｒ技术升级和跨行冲击电压作用、故障短路电流、地震等作用下的动越式发展，巩同了两电集团在行业中的领跑地位。态模拟。先后完成了两项国家级研究项目——《换流２００８年６月８日，两电集团签订了云南一广东４－变压器研究》、《超高压直流输电工程用换流变压器８００ｋＶ特高压直流输电工程，广东省穗东换流站２台和平波电抗器国产化研制》，为研制云广工程用换流高端换流变压器、１４台低端变压器供货合同，囊括了变压器打下了坚实的基础。穗东站低端变压器的所有市场份额。总金额达到６．２据了解，２００７年西电集团还在向家坝一上海±８００亿元。这是国内变压器厂商，在云广线上获得的最大ｋＶ特商压直流输电示范工程，获得４亿多元供货合同。一笔订货合同。目前，西电集团已经发展成为承接直流输电工程最早、项１９９９年以来，西电西变与ＡＢＢ公司合作，先后为目最多、技术水平最高、合同额最高的国内厂商。 大型风机并网的电能质量问题及解决方案
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罗斌， 綦光泽， LUO Bin， QI Guang-ze
荣信电力电子股份有限公司,辽宁省,鞍山市,114041电力设备
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1.学位论文 吴晓朝 风电场电能质量分析与实时监测系统的研究 2006
在能源短缺的当今世界，风能作为一种取之不尽、用之不竭的新能源，由于它的可再生性和无污染的优点，成为最具有诱惑力的一种新能源，引起多个国家的重视。中国也加大了开发和利用风能的力度。而随着未来风电场规划装机容量不断增加，风力发电对接入电网的冲击和电力谐波的影响将不容忽视。不稳定风速所造成的电压、频率波动和电力谐波会对接入电网电能品质造成直接影响，严重时甚至会对局部电网或弱电网的安全稳定性造成危害，因此风力发电监测系统和控制技术的开发研究显得更为迫切。但目前国内关于风电场对电网的影响的研究工作大部分还只限于理论分析，缺乏基于实际数据的支持和论证，因此科学地建立一套风电场实时监测系统，对现有风电场的电能质量进行实时分析和评估，这对风电场接入网现状的研究以及风电与电网的和谐发展具有极其重要意义。
针对目前风力发电的发展大趋势，本文深入地研究了风的随机性对风机输出功率的影响，建立风速预测模型，利用小波变换进行电能质量分析，并参考国际电工标准IEC61400-21提供的描述并网风电机组电能质量的特征参数及其相应的计算方法，沿着理论结合实践这一指导思想，率先提出构建基于CAN总线的风电场计算机实时监控系统，对风电场的电压、电流、频率和功率波动、电网谐波、三相电压不平衡等指标进行实时检测，并通过通信线路上传至后台分析系统。后台分析系统基于风电场的运行参数和监控系统提供的指标性数据，给出风电场运行状态和风电场对电网影响的技术评估结果。 本论文的内容和研究成果可以归结成以下几点：
1)在研究风能特性的基础上分析了风速对风电场输出功率的影响以及输出功率变化对电网的影响，提出了利用风电场输出功率变化率这一因素作为评价风电场对电网影响的重要指标，并以此为依据首次建立了短期风速的预测模型，利用神经网络与ARMA模型相结合的算法，有效地提高了风速预测精度和实时性，为电网未来合理调度提供了依据；
2)为避免FFT对非平稳随机信号处理上的缺陷，首次将小波变换用于风电场电能质量分析中，研究了根据小波奇异性检测原理提取风电场信号中的特征向量，提出了利用电压均值法对电压信号扰动进行分类，大大加快了信号处理的速度；利用小波变换实现谐波分析，能更好地分析信号的动态特性，并推导出了谐波畸变率公式，提高了动态谐波分析的精度；对信号的小波系数进行了阈值压缩，有效地减少了电能质量全程监测数据的存储量，为各站点数据存储以及监测系统的实时性观测提供了更好的保障，并为未来便携式监测系统的设计提供了新的方法；
3)在国内率先设计并实现了一套完整的采用CAN总线的风电场动态实时监测系统，它与现有风电场配备的稳态数据采样系统的不同是对动态信息进行高速采样和处理，可获取风电场运行的各种动力学特性，并对系统中的硬件和软件的设计、电量的计算、电能质量分析和评估等进行了分析论证。为了提高分析算法的精度，在固定频率的高速采样情况下，采用了多种适用的算法以适应现场情况的要求。对基波频率计算采用了数字滤波以及带线性插值的过零检测方法；对谐波分析采用了带四阶牛顿插值法同步化的快速傅立叶分析算法；在电压波动和闪变检测方面，参考IEC国际标准提出的模拟闪变仪，设计了离散化的数字闪变仪并且得到了应用。无论是在仿真还是实际运行中都验证了系统的合理性及算法的有效性。该监测系统结合作者在小波变换用于风电场电能质量分析中的研究成果，还可以在分析精度上得到进一步分的提高；
4)结合风电场的运行特点对电能质量检测系统获得的数据进行了详细的分析和归纳。从电压波动，谐波严重度及其变化趋势，频率偏差，功率和电流的冲击等各个方面总结了风电场的电能质量情况，并且分析了各自产生的原因。对进一步改善风电场的电能质量提供了依据。经过实际运行测试和应用表明，利用CAN总线实现风电场的实时监测，具有实时性好、通用性强、可靠性高、系统容易实现等优点，有广泛推广前景；基于现场总线的风电场实时监测与评估系统，可较全面的获得风电场运行状况的信息，对研究风电场的电能质量和对接入电网的影响提供了强有力的运行数据支持，将对我国风力发电事业及研究工作的发展有很好的推动作用。为风电场与电网的和谐发展和风电场的接入标准的制定提供了数据参考；
5)首次提出利用满意度原理对风电场电能质量进行综合评估，建立了满意度综合评判模型，参考用户的评价准则，按照国际或国家标准对风电场的电能质量各项指标进行综合评价，得出风电场在不同的风况下单台风力发电机组的电能质量综合评价结果以及整个风电场的电能质量情况，为今后国家相关部门制定风电场电能质量综合评价提供了相关的依据。
2.期刊论文 郭相锋.魏鹏飞.GUO Xiang-feng.WEI Peng-fei 浅谈风电场的电能质量 -西北水力发电2007,23(1)
风电场的电能质量是风电场并入电网运行的关键指标.文章从风电场的电压谐波、三相电压不平衡度和频率偏差三个方面分析了风电场的电能质量,并引用广东惠来海湾石风电场的实测数据,说明风电场的电能质量能够满足公用电网电能质量的要求.
3.学位论文 马艺玮 风电场电能质量分析与评估 2007
风能作为一种取之不尽、用之不竭、无污染且运行成本低廉的可再生能源，引起了众多国家的广泛关注。发展风电产业已经成为开发利用风能的主要方向，风电场接入电网后，在向电网提供清洁能源的同时，也会给电网的运行带来一些负面影响。风力发电会降低电网负荷预测的精度，从而影响电网的调度、运行方式、频率控制、电压调整、潮流分布、电能质量、故障水平和稳定性等。随着风电场装机容量以及在电网中所占比例的增加，这些负面影响就可能成为风电并网的制约因素。
由于风力发电固有的间歇性和波动性，导致电网的可靠性降低，电网的运行成本也可能增加。为了更直观准确的认识风电给电网带来的电能质量和可靠性等问题，本文对风电场电能质量进行了科学的分析与综合评估，内容主要包括以下几部分：
第一部分首先论述了电能质量的重要性和对风电场电能质量进行监测与评估的重要意义，并较为全面地论及了电能质量问题的现象、产生根源和现有的改善手段，以及风电场电能质量监测系统的发展历程。
第二部分设计并实现了一套完整的基于DSP+ARM的便携式风电场电能质量监测系统，可获取风电场运行的各种动态特性并对动态信息进行高速采样和处理。同时也阐述了TMS320F2812定点DSP芯片的算法原理，以及集成开发环境CCS的特征与功能。
第三部分是风电场电能质量软件分析及算法设计，为了提高分析算法的精度，在固定频率的高速采样情况下，采用了多种适用的算法以适应现场情况的要求。在电压波动和闪变检测方面，参考IEC国际标准提出的模拟闪变仪，设计了离散化的数字闪变仪并且得到了应用；对谐波分析采用了实序列快速傅立叶分析算法，并在DSP中得到了实现；同时，本文还引入了功率波动，作为风电场的附加电能质量指标来评价风电场功率输出状况。
第四部分主要对风电场电能质量进行综合评估。在分析和比较概率论、模糊数学这两种常见的电能质量评估方法的基础上，提出了一种新的电能质量综合评估方法——基于概率论与模糊数学相结合的电能质量的评估方法，先将概率论和数理统计法相结合对电能质量的各项指标分别进行评估，得到电能质量各项指标的归一量化评估结果，再采用模糊数学中的模糊综合评判方法将这些分项指标的评估结果归一量化，从而得到评估电能质量的客观、全面的唯一量化指标。
4.期刊论文 罗希.粟时平.彭鹏.范力泉.LUO Xi.SU Shi-ping.PENG Peng.FAN Li-quan 含风电场电网电能质量小波检测方法 -长沙理工大学学报（自然科学版）2008,5(4)
研究了利用小波变换方法检测含风电场电网电能质量扰动的原理,并对谐波、电压波动及电磁暂态等电能质量扰动进行了MATLAB仿真.仿真结果表明,该方法能够实现对电能质量扰动快速又准确的检测,为研究含风电场电网中电能质量扰动的评估和治理提供了依据.
5.学位论文 王世闻 嵌入式风电场电能质量监测仪设计与实现 2007
随着风电总装机容量的不断扩大，风电对接入电网的影响愈来愈明显，大规模风电场的接入对电网的稳定运行、电力调度、电能质量都将产生严重的后果。如何准确评估风电并网对电能质量的影响，目前还缺乏实践的验证。建立一套专门用于风电场电能质量监测的设备，对于监测风力发电机组运行状况、评估风电场电能质量以及改善风电机组特性都具有相当重要的意义。
为了实时监测风电场电能质量状况、反映风速、风向与风电机组输出特性之间的关系，我们研制出了一种可以实现三相电流、电压同时测量且配备专门风速、风向数字通道的风电场电能质量监测设备。本文对此风电场电能质量监测设备的硬件设计、软件算法部分进行了详细分析论证，整个文章的内容可以分为以下几个部分：
首先，从课题背景入手，分析了国内外风力发电的现状和前景，探讨了风电发展过程中带来的若干问题，提出了对风电场实施电能质量监测的必要性和重要意义；从电能质量问题入手，给出了常用电能质量指标的定义和计算方法；从目前电能质量监测设备的研究现状入手，阐述了电能质量监测设备的特点。
其次，给出了进行电力谐波分析的两种方法：基于FFT变换方法和基于小波分析的方法，并对各自的优缺点进行了说明。
再次，论文详细叙述了监测仪的硬件软件设计。基于DSP的多通道同步数据采集系统对以往设备只能单相测量进行了彻底变革，同步锁相环实现了对输入信号频率的完全同步跟踪，也弥补了FFT变换因信号被采样、截断引起的频谱泄漏和栏栅效应误差；基于光纤以太网的监测系统架构实现了区域电网多点监测时的数据共享和远程监测。软件设计方面充分考虑了DSP的快速运算处理能力和流水线操作机制，采用C嵌入汇编语言的程序设计方式产生了高效、可靠的程序代码。
最后，将监测仪成功应用于风电机组的电能质量监测，并取得了满意的现场调试结果，为正确评估风电场电能质量提供了大量的、可靠的数据支持。
6.期刊论文 曹发彦.吴丹岳.陈树棠.林永 莆田南日岛风电场电能质量的测试与分析 -福建电力与电工2006,26(4)
阐述了莆田南日岛风电场的基本情况和进行风电场电能质量测试的必要性;介绍了测试方法;分析了测量结果;给出了不同风况下风电场运行对电网电能质量影响的基本结论.
7.学位论文 吴琼 风电场对电网电能质量影响的研究 2008
随着风电场的容量越来越大，对系统的影响也越来越明显，研究风电并网对系统的影响成为重要课题。早期风电的单机容量较小，大多采用结构简单、并网方便的异步发电机，直接和配电网相连。而风电场所在地区往往人口稀少，处于供电网络的末端，承受冲击的能力很弱。而且随着变速恒频电机、双馈电机等新型发电机组的应用推广，风电并网给配电网带来谐波污染、电压波动及闪变等电能质量问题日益严重。随着风电场规模的不断扩大，接入大电网引发的电能质量问题引起了广泛的重视。
本文分析了风力发电机组并网对电网电能质量的影响，深入探讨了引起电压波动与闪变、电压偏差以及电力谐波等问题的机理、危害以及相关知识。对风电场引发的电能质量现象进行准确的故障定位、特征提取，为有效地评估电能质量问题，推进能质量分析的理论水平以及电能质量的检测与治理提供了必要的依据。 本文主要内容包括：
(1)分析风力发电场并网引起的电压偏差的机理，并找到有效的小波变换方法，对偏差的扰动电压波形进行有效的定位。
(2)分析风电场引起电压波动与闪变的机理。着重考虑了塔影效应和风剪切对功率输出的影响。对比IEC闪变监测仪的闪变分析方法，提出适合风力发电场产生的闪变问题的检测方法。
(3)分析风力发电机组产生高次谐波的原因。提出适合于我国的大型风力发电场造成的谐波问题的检测和定位方法，对引起波形畸变的各次谐波进行有效的分离。
(4)根据信号的特性和奇异性检测原理，结合小波变换的模极大值理论，进行多分辨率分解，提取信号奇异点的小波变换模极大值，实现故障的准确定位。并利用小波变换时频局部化的自适应特性，提取暂态信号持续时间和故障幅值。
8.学位论文 李娟 如东风电场对南通电网电能质量的影响分析 2009
随着全球经济的迅速发展和人类生活水平的日益提高，能源问题和环境问题已成为当今世界各国面临的重大问题。风能作为一种洁净的可再生能源被广泛利用。风力发电是大规模利用风能最经济的方式，在世界各国得到广泛重视。但由于风电具有很强的随机性，风力发电有其自身间歇性、不可控、无调频能力、控制复杂等特点，使风电场接入电网后对系统的频率、电压等稳定性产生不利影响，并可能给电网带来一系列电能质量问题，如谐波污染、电压波动及闪变等。随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网电能质量的影响及对系统暂态稳定性影响的研究引起了大家的广泛关注。 本文基于江苏如东龙源风电场对风电接入系统后带来的问题进行实例仿真与分析。对风电场的并网分析是基于以双馈发电机为核心的变速恒频发电系统，首先对变速恒频风力发电系统的基本原理及系统结构进行简单阐述，建立风力机、传动部分、双馈感应发电机等各个部分数学模型。通过所建立的变速恒频风力发电系统数学模型，在PSS/E仿真环境下实现了大型风电场与系统并网的风力发电系统动态仿真。对南通电网接入100MW风电场后系统运行中可能出现的几种情况下的仿真结果进行了深入地分析研究，包括风速变化、风电场扰动对电网和风电场各节点的电压波动、频率波动以及引起的功率变化等，分析大型风电场并网对电力系统正常运行造成的影响，并通过理论分析进行说明，提出减少风电场对系统暂态稳定性影响的方法。 本文最后部分在理论基础上分析风电场接入对电网电能质量的影响，重点对风电场接入系统引起的谐波问题进行分析和公式推导，利用MATLAB/SIMULINK进行仿真，揭示了风力发电对电能质量的影响并提出谐波治理方案。
9.期刊论文 吴晓朝.吴捷.杨金明.黄飞龙.周丹莹.WU Xiao-chao.WU Jie.YANG Jin-ming.HUANG Fei-long.ZHOUDan-ying 风电场电能质量监测系统的研究与应用 -计算机工程与设计2006,27(19)
介绍了一种基于CAN总线的风电场电能质量监测系统的设计方法,对风电场的风电机组、箱式变和开关柜的电压、电流、频率、谐波、闪变以及现场风向风速进行监测,并将数据经CAN总线上传到上位机进行处理、分析及显示.监测网络有4层结构,即数据采集层、数据处理层、数据传输层、用户层.该系统已在广东某风电场投入使用,获得良好效果.
10.期刊论文 林永.劳伟筹 风电场对电网的电能质量影响研究 -电气应用2009,28(21)
双馈风电机已经成为大规模风电场的主要机型.双馈发电机的电能质量特性可以依照IEC 61400-21标准对典型并网大型风电场进行测量评估.
1.王瑞明.邵文昌.秦世耀.李庆.陈军 电气化铁路对风电场的影响[期刊论文]-电气技术 2009(8)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dlsb200810005.aspx
下载时间：2010年5月7日