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在2017年第12期《电气技术》杂志上撰文指出
浏览: 发布日期:2019-01-26

  上海海事大学的研究人员刘景鹏、马开放,在2017年第12期《电气技术》杂志上撰文指出,近年来风电发展势头迅猛,直驱永磁同步风力发电系统优势渐显,针对永磁同步发电机、全功率变流技术的研究也较为成熟,但对其并网问题的研究却颇显不足。

  基于直驱永磁同步风力发电系统探讨风速不确定性给风电并网带来的电流质量问题,通过搭建PMSG机组并网实验平台,针对三种不同风况进行并网实验,实验结果表明,风速大小及其湍流强度是影响PMSG机组并网电流质量的重要因素。

  当前全球能源短缺、环境恶化等问题日益严峻,在现有的化石能源寻求突破已显得十分困难。因此,新能源的开发与利用无疑成为现代社会发展进程中的必然走向。风能的“绿色”特性使其具备与传统能源相比的明显优势,因而倍受世界各国的青睐。

  然而,风能资源本身具有间接性、随机性以及不可控制等不确定因素[1-4]。风能极差的稳定性会引起整个风电并网系统的输出功率和输出电流波动,从而给公用电网带来不可避免的冲击[5-6]。

  直驱永磁同步风力发电系统中的电能质量问题主要取决于两方面因素:一方面是风力机本身的机械特性;另一方面是风能资源的不可控性和随机性。风力机的机械特性可以在设计阶段通过优化设计有效避免;风能资源的不确定性成为风电技术发展的瓶颈,因此,有必要针对风能资源的特点,对直驱永磁同步风力发电系统并网过程的电能质量问题进行研究与分析,从而为今后的电能质量治理提供有力依据[7-9]。

  (1)风力机:风力机由叶片、轮毂和变桨距系统组成,它能将空气中的动能转化为机械能进而转化为电能,是整个发电系统的能量来源。

  (2)永磁同步发电机:永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG)采用永磁体材料代替体积庞大、结构复杂的励磁绕组励磁,省去集电环和电刷结构,大大提高了电机运行的可靠性[10]。

  (3)机侧变流器:机侧PWM变流器将发电机侧幅值频率变化的交流转换为稳定的直流,可以实现有功率和无功的解耦控制,通过调节发电机的转速给定值来控制发电机的电磁转矩,进而控制发电机输出的有功功率。

  (4)直流环节:直流环节目的是稳定直流侧电压,使直流侧保持电压源特性,同时可以起到缓冲直流侧与交流侧之间的能量交换的作用。

  (5)网侧变流器:网侧PWM变流器将直流电逆变成与电网电压幅值、频率、相位都相同的交流电,方便对功率因数进行控制,有效补偿电网中存在的无功功率。通过网侧PWM变流器输出的交流电,幅值和频率较稳定,谐波含量较少,可以作为提高风电并网电能质量的一种控制手段。

  风力发电的电能质量与火力、水力等传统发电方式相比要差很多,从风力机的叶片结构到风力机的传动机构,再到发电机、电力电子变流装置等,每个环节的特征参数都会影响到风电并网的电能质量。

  由于风力机时刻处在不断变化的风速之中,风速的随机性使得风力机输出的机械转矩不平稳,从而导致风力机输出功率产生波动,进而影响风电并网电压或电流质量。本文仅针对PMSG机组并网电流质量问题进行深入探讨,秒速赛车计划其存在的主要电流质量问题如下:

  关于三相电流不平衡度的具体要求已在我国的标准GB/T 15543-2008中给予了明确的阐述。对于风力发电系统中的三相电流不平衡问题,目前暂时没有对这一指标明确的界定与规范。

  对于变速恒频风力发电系统,风力机时刻处于不断变化的风速中,变流器为了保持发电机定子侧电压频率恒定,控制系统必须随风速的变化时刻调整控制脉冲,达到变速恒频的控制目标。因此,不同的风况条件下变流器将呈现出不同的状态,变流器的这种变化对风电并网电流谐波特性产生影响。

  对于风力发电系统而言,其输出电流谐波的允许值需要满足GB/T 14549-1993和GB/T 24337-2009两项国家标准的要求,同时也要考虑到实际的装机容量、谐波源的设备总容量等因素来确定谐波的允许范围。

  针对风电并网过程的研究,大多停留在软件仿真阶段,软件的模拟仿真只能进行理论值的计算,粗略的模拟风电并网过程的各种波形,但是无法反映出实际运行过程中可能产生的各种电能质量问题。因此,要想针对这些问题深入探究就必须搭建一套实物仿真平台,这样才能更加真实的反应出各种电能质量问题。

  风速不确定性是影响PMSG机组并网电能质量好坏的重要因素,且PMSG机组并网侧的电能质量好坏与风速大小及波动强度存在一定正比关系。风速增大,谐波电流和三相不平衡程度也有所增加;当风速波动越剧烈时,谐波电流大小和三相不平衡程度明显增大。

  风速的这种不确定性将是制约风电发展的重要因素,针对风速的不确定性,准确有效的风电功率预测技术将是今后研究的重点方向,也是风电技术发展的大势所趋。

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