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风力发电并网技术及电能质量控制策略(2)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/5/24 9:17:01   

a.转子侧仪传递转羞能量。变频器容量要求大幅降低。且发电机可在50%的同步转速时正常工作:

b.双馈电机中变频器的谐波含量较少。减少了相应的滤波器容量,降低了成本:

c.可以通过调节双馈发电机发出和吸收的无功功率。实现无功调节和电压控制。

3.永磁多极同步发电机的风电系统

在永磁多极同步风力发电机组中。在发电机和电网之间安装有电力电子变流器。可实现对有功和无功的解耦控制。且当风速发生变化时也町以保证所发电能的电能 质量。该系统的丁作原理如下:首先。采用永磁多极同步发电机发出频率变化的交流电。然后通过整流装置将该频率变化的交流电整流成为直流电。最后再通过逆变器将直流电变换为一lj频的交流电送人电网。这种系统在并网时没有电流冲击。可以对发电机的无功功率进行调节。但是。所有的电能都要通过变流器送入电网。冈此变流器容量和风力发电系统的容量相同。电力电子变流器设备成本较高。并且有高频电流谐波注入电网。与传统的风力发电机相比。永磁多极同步风力发电机组可以 更多地捕获风能和提高风电机组发出电力的电能质量。虽然成本较大,但对系统的稳定运行有利。

永磁多极同步发电机的转子为永磁式结构。无需外部提供励磁电源。其变速恒频控制是在定子电路实现的。把永磁发电机的交流电通过变流器转变为与电网同频率的交流电。因此变流器的容最与系统的额定容量相同。采用永磁发电机可做到风力机与发电机的直接耦合。省去了齿轮箱。即为n接驱动式结构。可大幅减少系统运行时由于齿轮箱等机械装置导致的故障。从而提高整个风电机组的可靠性H卜bj。

4.风电系统的软并网装置和无功补偿设备

在直接与电网相连的风电系统中常用鼠笼型异步发电机,如果直接并网会使得并网电流较大。因此常采用电力电子软并网装置进行软并网。异步发电机通过晶闸管平稳并网。叮以将并网电流限制在额定电流的1.5倍以下。从而得到一个较为平滑的并网暂态过程,有效避免了保护装置的误动作。实现风力发电机的顺利并网。

由于异步发电机的功率因数一般较低。为了提高功率冈数。通常在异步发电机出13处接有无功补偿设备。常用的无功补偿设备有并联电容器补偿装置、静止无功补偿器、静止无功发生器等。

并联电容器补偿装置采用接触器或电力电子开关在风电运行中按照一定的顺序进行分组投入或切出。能够将补偿前较低的功率因数提高到约0.98。

由于并联电容器补偿装置成本低。囚此在无功补偿方面应用广泛。但因其调节不连续、响应速度慢,很难对风机无功功率实现快速补偿。

静止无功补偿器由多台(组)可投切电容器、快速可调整容最的电抗器以及各次谐波滤波装置组成。装置的响应速度快。能迅速跟踪变化的无功。可较大幅度调节由风速变化引起的电压变化。滤除谐波。从而提高电能质量。

静止无功发生器是采用特定的检测方法获得需补偿的无功电流后再通过电力电子变流器产生该部分无功电流,以实现无功的迅速补偿。静止无功发生器可以实现对谐波与无功的综合补偿与抑制。补偿范围较大。目前得到了较为广泛的关注。

5.风电并网技术的发展前景

通过采用电力电子技术。风电机组的运行特性大为改善;通过有功、无功控制,风电机组叮以对系统的频率和电压控制起到一定作用:而大规模风电场的并网运 行。也将会逐渐降低风力发电的成本。使风力发电更为普及。凶此。现今的电力电子技术对于风电机组的控制、电能的转换以及电能质量的改善都能起到关键作用,具体应考虑以下几个方面:

a.为增加风能的利用效率和减小电力电子变换器的能耗。要选择适合的电力电子变换器来匹配变速风力发电机系统:

b.增加无功动态补偿装置SVC或TsC有利于电网和风力发电机的故障恢复:

c.每个系统结构都有自己的特征和适宦性。针对于不同的海上风场要具体考虑。选择最适合的系统结构。大容量海上风电场将广泛应用电力电子装置。

6.结语

风力发电技术的发展。使得风力发电的成本进一步降低。其在电力市场中所占份额得以提高。具备了和常规能源竞争的能力。加快了世界能源结构的优化。然而, 如何更加有效地利用风能、提高风力发电系统的效率,减小并网冲击和电力谐波、提高功率因数也给风力发电系统的控制技术提出了更高的要求。是目前风力发电系统研究的重要课题之一。而电力电子技术及现代控制技术的发展为解决这一课题提供了较好的技术方案。

来源:中国学者论文网
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