风力发电引起的电压波动和闪变探究

风力发电引起的电压波动和闪变探究

曹明兴

四川省能投会东新能源开发有限公司，四川省 会东县， 615200

摘要：风能是一种清洁环保的可再生能源，随着全球性能源危机的出现，风能已经被世界各国所高度关注，近年来，随着风能发电的扶持力度在不断加大，从而使得我国风能发电获得了更加长足的发展。但风能的不稳定性使得风能发电的电能呈现出电压波动等现象，对风能的利用有着极大的阻碍作用，所以，本文就针对风力发电引起的电压波动与闪变的影响因素进行了较为深入的分析与研究，并提出了解决风能产生电压波动和闪变的有效措施，从而更好地抑制电压波动与闪变。

关键词：风力发电；电压波动；闪变

随着全球性能源危机的出现，风能已经被世界各国所高度关注，相较于部分国家而言，我国风力资源相对较高，同时，我国也是风能利用最早的国家之一。所以，我国极为重视风力发电系统的研究工作，而风力发电系统由于多种因素的影响引起的电压波动与闪变将会造成多方面的危害，电压波动与闪变对生活与生产都将造成极大程度的损失，为此，就需对风力发电引起的电压波动与闪变的影响因素进行有效的分析，并采取解决风能产生电压波动和闪变的有效措施，从而更好地抑制电压波动与闪变。

1风力发电机的研究现状

在风力发电系统中的重要装置也就是发电机，他的工作原理是把风动力同进行输出的电能进行相连接的设备，其不但影响着输出电能的质量和功效，同时也影响了整个风电转换系统的性能和装置的结构。按风力发电系统中发电机型式可分为笼式异步发电机、双馈异步发电机和永磁型同步发电机。现今，发电机在风电系统中的形式：

1.1异步发电机

风力发电系统异步风力发电机是通过恒定的速度来运行的，对于采取失速调节或主动失速调节，风力发电系统异步发电机主要采用异步感应电机。风力发电系统异步发电机一般都是直接联入电网，就算容量过大也可以通过晶闸管控制的软投入法接入电网。在同步转速附近合闸并网，冲击电流比较大，另外需要电容无功补偿。

1.2双馈式发电机

为了降低风力发电系统中变换器的功率，风力发电系统双馈发电机开始应用于风力发电系统中。风力发电系统双馈发电机起源于绕线式转子异步发电机，是一种通过对转差率的控制，来实现风力发电系统双馈调速发电机，故所需风力发电系统变换器的功率较小。相对于绕线式发电机来说，风力发电系统双馈发电机的转子能量没有被消耗掉，而是通过风力发电系统变换器在发电机转子与电网之间双向流通，风力发电系统变换器起到提供无功补偿，平滑并网电流的作用。但它是一种有刷结构的电机，风力发电系统双馈式发电机运行可靠性差，需要经常维护，而且这种风力发电系统结构的电机不适合在环境比较恶劣的风电系统中运行。

1.3同步发电机

风力发电系统同步发电机有永磁同步发电机和电励磁同步发电机两种。风力发电系统永磁同步发电机不需要直流励磁电源和励磁绕组，取消了容易出故障的风力发电系统集电环和电刷等装置，是一种风力发电系统无刷结构的电机。同时不存在风力发电系统励磁绕组的铜损耗，比同容量的风力发电系统电励磁发电机效率高，结构简单、运行可靠。结合风力发电系统的特点，要求发电机具有：高质量地将风力发电转化为电压、频率恒定的交流电。

2产生电压波动和闪变的影响因素

风能发电的整个过程就是能量转化的过程，电压波动是电能变化的具体体现，其中出现电能变化主要是由于风能的实时波动所引起的，相互之间存在同向变化；发电机组的实际运行情况与电网的实际状况也会对电压造成不同程度的影响。风能的波动情况可以用平均风速与湍流强度来进行表示；当风速增加的情况下，发电机组输出的电压也将会呈现出同向增长，当风速达到一定的速度时，传统的发电机组对电压的波动无消减作用，所以电压波动将会呈现出持续的增加。随着科学技术的高速发展，人们在技术层面已经可以通过一定的设备来削弱电压波动的增加，使用变速风电机组时，就能够将超过预定风速后的输出电压波动进行一定程度的叠加消减，从而使得输出的电压波动逐渐减少，趋于平缓。而当前的科学技术还无法有效解决湍流强度对于输出电压所造成的影响。

3解决风能产生电压波动和闪变的有效措施

通常风力发电系统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。风力发电系统供电系统短路容量的大小，风力发电系统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，风力发电系统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，风力发电系统用电设备特性的改善、供电能力的提高以及补偿设风力发电引起的电压波动和闪变毕诗泉大唐山东清洁能源开发有限公司　山东青岛　233000摘　要：近些年来能源的匮乏一直是困扰世界各国的重大问题。为了解决这影响人类文明发展的问题，科研人员们开始大批量的投入到新能源的研制和开发。现今所谓的新能源基本指的是可再生能源，也就是经由大自然提供的能源如水能、太阳能、风能等等的绿色环保的可再生的能源。

3.1静止无功补偿器（SVC）

由于冲击性与波动性负荷而引起的电压波动与闪变，其实质是无功功率的不平衡。所以，针对此种情况，可以采用具有快速无功功率补偿功能的静止无功补偿器（SVC），此种SVC可以相对有效的对电压波动与闪变进行抑制。SVC基于电力电子及其控制技术，将电容器与电抗器结合到一起来使用，从而实现无功补偿的双向调节与动态调节。如果系统电压相对较高时，可控电抗器就会吸收无功功率；如果系统电压相对较低时，电容器就会发出无功功率，从而实现对电压波动与闪变的抑制作用。

3.2动态电压恢复器（DVR）

DVR即是动态电压恢复器的统称，其带有储能装置（系统）的串联补偿装置除无功功率外，还具有补偿有功功率的能力。在中低压配电网当中，有功功率出现的快速波动也将引起电压闪变等情况的产生，所以，抑制电压波动与闪变的补偿装置在补偿无功功率使得供电线路无功功率变化较小的同时，还要相应提供瞬时有功功率补偿，而带有储能单元的动态电压恢复器就能满足其的相应要求，从而更好地实现抑制电压波动与闪变的作用。这主要是由于DVR装置的核心“同步电压源逆变器”，利用该设备能够实现对电压波动的逆变，从而将逆变后的电压与原来的电压进行串联，已达到平复波形、补偿电压波动的效果。而且DVR的储能单元能够进行足够的电压补偿，能够从根本上来消除电压波动的影响，使发电机组的输出电压波形趋于稳定。

3.3有源电力滤波器（APF）

要想抑制电压闪变就需要在负荷电流急剧波动的情况下，根据负荷的具体变化来实时的补偿无功电流。而有源电力滤波器（APF）就是为了处理此种二研发出来的一款抑制电压波动的装置，APF是具有动态抑制谐波与补偿无功的新型电力电子装置，APF通过对电压谐波的抑制来实现电压的平稳输出，是对无功电流的一种补偿方式。有源电力滤波器的工作原理与传统的静止无功补偿器的工作原理完全不同，而且相较于静止无功补偿器而言，有源电力波滤器在灵敏性方面要远高于静止无功补偿器，同时对电压的补偿效果也高于静止无功补偿器。除此之外，有源电力波滤器的系统运行更加稳定，故障出现的几率相对较低，而且有源电力波滤器能够有效的过滤高次谐波，这是静止无功补偿器所不具备的一种功能，并由于作用机理的原因，静止无功补偿器还会在一定程度上产生谐波，而后还需配备专门的滤波装置，否则将会对电网造成不同程度的影响。

4结束语

风速的波动会导致风电机组输出功率的波动，从而引起并网点电压的波动和闪变；湍流强度越大，并网点电压波动越明显；并网点短路容量越大，风电机组输出功率波动对电网的影响就越小，从而引起的电压波动和闪变也就越小。

参考文献

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作者简介：姓名：曹明兴（1992.10--）；性别：男，民族：汉，籍贯：四川省会理县，学历：本科；现有职称：助理工程师；研究方向：电气工程及其自动化技术。