1、风力发电引起的电压波动和闪变摘要：本文通过我国风能开发的必要性和发展，与影响我国风能电压波动和闪变的因素，提出了一些解决我国风能电压波动和闪变的措施。为我国风力发电的安全提供借鉴资料。 关键词：风力发电；电压波动；闪变 中图分类号：TM315 文献标识码： A 随着科技的进步和电力事业的快速发展，电能质量问题的主要来源发生了较大的变动，以前的电能质量问题主要来源于系统侧，现在用户负荷正成为电能质量恶化的重要因素。风力发电的电压波动和闪变正是由于电网负荷急剧增加而造成的，尤其是非线性、冲击性负荷所占比重不断加大，使风力发电的电能质量受到严重的影响。由欧盟莱昂纳多电能质量工作组与美国电力科学院调研
2、后发现电网中常见的电能质量问题有谐波畸变、供电可靠性、电压闪变、电压暂降、短时间中断等，而国际供电会议组织与国际大电网组织的联合工作组评估发现，电压闪变现象危害程度导致电能质量劣化的因素中高居第二位。所以电压波动与闪变是电能质量问题的一个重要方面，主要是由供电系统中的冲击性、非线性负荷引起的。电压波动会影响敏感性负荷的正常运行，严重时会危及设备安全或者造成巨大的经济损失，还会引起照明设备闪烁，使人的视觉不适和疲劳，甚至难以忍受而产生烦躁情绪，从而降低工作效率和生活质量。 一、我国风能开发的必要性和发展 我国内陆有许多山系，并且濒临太平洋，季风强盛，气压的分布被改变，因此，分布非常广的风能资源就
3、这样形成。据初步分析，我国比较丰富的风能资源，占我国大约 20%左右的国图面积，主要分布在西北、华北和东北“三北”地区，东南沿海及其岛屿。特别是在内蒙占大草原与新疆达坂城，有着极为丰富的风能资源，根据全国气象台所掌握的风能资料估算，我国 7.5 亿 Kw 左右的海上风电的可开发装机容量，陆地风电装机容量约 2.5 亿 Kw 可开发，总共约 10 亿 Kw 的可开发装机容量。 具有潜在乃至长远战略价值的风能这一新能源，我国在认识上和研发投入上不仅落后于同为发展中的大国，而且远远落后于丹麦、德国等发达国家，同为能源瓶颈所苦的印度。尽管我国的风力发电取得了长足的进步，在国家有关政策的激励和扶持下，但
4、据不完全统计 2003 年底，仅为 568.41Mw 我国的风电总装机容量，约占 0.15%的电力总装机容量，中国在政策层面在 2009 年发生了真正的转折，首批 3 个 10 万 kw 风电场示范项目的特许权公开招标，这一举措促进了风电的规模发展，给中国风电发展带来了巨大的变化，5 个 10 万 kw 的风电项目在 2010 年公开招标，比 2003 年更多、范围更广的企业参与投标。 二、影响我国风能电压波动和闪变的因素 控制系统和电网状况、风况、风电机组类型等，都是影响风力发电引起闪变的因素，各种因素对闪变的影响应该明确，这些影响尽可能量化，也应确定它们联合作用下的效果与各种影响因素之间的
5、相互关系，由于越来越大的风电机组单机容量，风电机组输出功率产生较大的波动在风速波动较大时，变速恒频风电机组是目前世界的主流机型，对它而言，调节风电机组的输出功率应综合应用变流器控制和桨距角控制，以使风电机组的输出功率最优，如何确定桨距角控制与变流器控制的控制策略，从而减小风电机组引起的电压波动和闪变，减小风电机组输出功率的波动，是迫切需要解决的问题。 三、解决我国风能电压波动和闪变的措施 鉴于电压波动和闪变会引起多种危害，严重影响人们的正常生活与工作，给生活和生产都造成了很大损失，因此必须采取有效的措施来抑制电压波动和闪变。 通常各种类型的波动性或冲击性负荷是电压波动和闪变的主要原因。供电系统
6、短路容量的大小，供电网络的结构以及负荷的用电特性等都会影响电压波动和闪变的程度，因此，电压波动与闪变的抑制，必然也要从这几方面出发来采取相应的措施，用电设备特性的改善、供电能力的提高以及补偿设备的采用都可以起到抑制作用。但是改善用电设备的特性对于抑制闪变的效果是有限的，而通过供电方式的改造通常需要很高的代价，是否采用需要经过衡量投资与效益的关系来决定。在中高压供电系统，电压幅值的波动主要是由大功率波动性负荷的无功功率变化引起的，因此，最常用的技术措施就安装无功补偿装置。 （一）静止无功补偿器(SVC) 波动性、冲击性负荷造成的电压波动和闪变，其实质为无功功率的不平衡。因而，具有快速无功功率补偿
7、功能的静止无功补偿器(SVC)能够对电压波动与闪变起到很好的抑制作用。SVC 基于电力电子及其控制技术，将电抗器与电容器结合起来使用，能实现无功补偿的双向、动态调一节。当系统电压偏高时，可控电抗器可吸收无功功率(感性补偿)，当系统电压比较低时，电容器可发出无功功率(容性补偿)。可见，利用 SVC 不需要输电线路来传输便可以满足负荷无功功率的需求。SVC 有多种构成方法，如晶闸管控制电抗器加晶闸管投切电容器(TCR+TSC)、晶闸管控制电抗器加固定电容器(TCR+PC)等。 由于 SVC 的响应速度快，安装维护简单，运行损耗小在国内外已得到越来越广泛的使用。但缺点是某些类型的 SVC 本身会产生
8、低次谐波电流，若不采取措施将污染电力系统，一般要有配套的电力滤波器，发出的无功容量与电压平方成正比，当电压很低时，出力受到很大限制。 （二）有源电力滤波器(APF) 要抑制电压闪变，必须在负荷电流急剧波动的情况下，跟随负荷变化实时补偿无功电流。有源电力滤波器(APF)是一种动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。有源电力滤波器的工作原理与传统的 SVC 完全不同，其原理是采用基于三相电路的瞬时无功理论对无功电流进行检测，利用可关断的电力电子控制器件代件系统电源向负荷提供所需的无功电流，从而保证系统只须向负荷提供正弦的基波电流。 有源电力滤
9、波器相对于静止无功补偿器有几个优势：响应速度快，对电压波动和闪变的补偿率高，可减少补偿容器，补偿效果稳定，不受系统运行方式和工况的影响，不会发产谐振和谐波放大现象，控制能力强，除了能控制电压波动和闪变，还可以有效地滤除高次谐波，补偿功率因数。 （三）动态电压恢复器(DVR) 动态电压恢复器即 DVR，是带有储能装假(系统)的串联补偿装背，除无功功率之外，还有补偿有功功率的能力。由于在中低压配电网中，有功功率的快速波动同样会导致电压闪变，因此，抑制电压波动与闪变的补偿装置在补偿无功功率使供电线路无功功率变化减小的同时，还要提供瞬时有功功率补偿。带有储能单元的动态电压恢复器可以满足此要求。图 1
10、图 1 所示为典型的 DVR 装置主电路，主要由储能单元、逆变器、控制单元、滤波器、串联变压器和旁路保护系统几个部分组成。DVR 设备串联于电路中，和电源一起给负载供电。DVR 产生的电压由 PWM 电压源逆变器提供，逆变器由储能单元供电，实际三相系统，每相电压的幅值和相角都可以单独控制，从而保证了补偿效果。DVR 装置的核心部分为同步电压源逆变器，当线路侧电压发生突变时，DVR 通过对直流侧电源的逆变产生交流电压，再通过变压器与原电网电压相串联，来补偿系统电压的波动或跌落。DVR 通过自身的储能单元，可以在毫秒级时间内将电压补偿至正常值，对电网电压的波动、跌落、浪涌和谐波进行补偿，使负载上的电压为稳定纯净的正弦波电压，保证负载端电压良好，是解决动态电压质量问题的有效工具，可全面综合地提高配电电网电压质量。 总之，电压波动与闪变主要是由波动性、冲击性负荷引起的，其危害不容忽视，应对其进行监测并积极采取措施加以抑制。 参考文献： 1袁仁彪.风电引起的电压波动和闪变研究J.机电信息,2012,24:148-149. 2赵辉,李斌,岳有军.抑制电压波动的风电机组自抗扰控制仿真研究J.电工电能新技术,2011,03:55-58+88. 3王继东,张小静,杜旭浩,李国栋.光伏发电与风力发电的并网技术标准J. 电力自动化设备,2011,11:1-7.
