风力发电研究与论文

略论大型风力发电场并网对电力系统运行的影响论文摘要：大型风电场并网运行将会对电力系统造成较大的影响，如谐波、无功功率、电压波动、频率控制等，文中分析了大型风力发电场并网对电力系统正常运行造成的影响。

论文关键词：电力系统；风力发电场；并网；仿真风速和风向的变化，影响着风力发电机发出的功率，风电场存在的主要问题有谐波、无功功率、电压波动、频率控制等。

为了进一步提高风力发电在电力系统中所占的比率，消除风电发展的障碍，减少风电对系统的影响，必须对系统中风电场的容量作一定的限制[1]。

本文介绍了大型风电场并网的三种方式，重点分析了整流逆变并网时风力发电机的容量和转速对电力系统节点电压和频率的影响。

一、风力发电机并网控制方式风力发电机的并网控制直接影响到风力发电机能否向电网输送电能以及机组是否受到并网时冲击电流的影响。

并网控制装置有软并网、降压运行和整流逆变三种方式[2]。

软并网装置：异步发电机直接并网时，其冲击电流达到额定电流的6～8倍，为了减少直接并网时产生的冲击电流及接触器的投切频率，在风速持续低于启动风速一段时间后，风力发电机才与电网解列，在此期间风力发电机处于电动机运行状态，从电网吸收有功功率。

降压运行装置：软并网装置只在风力发电机启动时运行，而降压运行装置始终运行，控制方法也比较复杂。

该装置在风速低于风力发电机的启动风速时将风力发电机与电网切断，避免了风力发电机的电动运行状态。

整流逆变装置：整流逆变是一种较好的并网方式，它可以对无功功率进行控制，有利于电力系统的安全稳定运行，缺点是造价高。

随着风电场规模的不断扩大和大功率电力电子设备价格的降低，将来这种并网装置可能会得到广泛的应用。

风电场接入电力系统的方案主要由风电场的最终装机容量和风电场在电网所处的位置（即：距离电网区域变电站的远近）来确定。

本文采用了整流逆变的并网方式。

二、大型风力发电场并网对电力系统电压及频率的影响风电场输出功率的波动对于电网电压及系统频率的影响会随着风电比例的提高而加剧。

在风电比例较高的电网，风电场输出功率及系统负荷的变化，使得电网稳定运行的问题成为一个主要的问题。

（更多关于风力发电对电力系统的影响的资料可参考《大规模风力发电对电力系统的影响》）风力发电场并网后，电力系统的运行方式应作出相应的调整和优化，否则系统的电能质量和动态稳定性将受到显著的影响。

本文设计了风电场并入系统后的数学模型，利用电力系统分析综合程序（PSASP）,模拟仿真了风电场接入电力系统后对系统电压及频率等的影响[3]。

2.1系统模型的建立本仿真实验采用IEEE（NewEngland）39节点系统，应用PSASP对含有大型风力发电场的电力系统运行进行了动态仿真。

该系统中，风电场通过节点8接入系统，系统主接线如图1所示。

系统中除风电场外其他发电厂总装机容量为7050MW,系统最大负荷为6097MW。

假设风电场额定容量为300MW,约占系统最大负荷的5%。

2.2电力系统分析综合程序（PSASP）简介电力系统分析综合程序是一套具有高度集成性、开放性和自主知识产权的大型软件包。

PSASP与Excel、AutoCAD、MATLAB等通用的软件包分析工具有方便的接口，可充分利用其他软件包的资源。

该软件在我国高校研究人员和电力系统现场都有广泛PSASP的功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。

稳态分析包括潮流分析、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析和静态等值等。

故障分析包括短路计算、复杂故障计算及继电保护整定计算。

机电暂态分析包括暂态稳定计算、电压稳定计算、控制参数优化等。

2.3仿真内容及结果考虑在不同的风况以及运行方式下，风电场输出功率的变化对电力系统正常运行所造成的影响。

本文选取几种典型的运行方式进行分析：阵风情况下风电场正常运行，风电场由于故障与电网解列，风电场输出功率短时间内从零升至额定功率，风电场输出功率短时间内从额定功率降至零[4]。

1）阵风情况下风电场对电力系统运行的影响。

利用PSASP对在阵风情况下的电力系统进行了动态仿真，可得节点8风力发电机输出功率、节点电压、发电机转速及常规发电机输出功率随时间的变化曲线如图2所示。

由图2可知，在阵风情况下风电场的输出功率随着风速急速地上升（或下降）而上升（或下降）,电力系统的节点电压和频率也相应地快速上升（或下降）。

在风电场输出功率急速变化的同时，电力系统中的常规发电机组的有功功率输出也随之快速变动，以补偿电力系统功率平衡。

2）风电场由于故障与电网解列对电力系统运行的影响。

节点8在风电场与电网解列时风电场的输出功率降为零。

电力系统突然失去一个电源，系统负荷不变，风电场接入点的节点电压迅速下降，同时常规发电厂的发电机转速也迅速下降，此时通过发电机的调节控制装置，使输出有功功率增加，同时转速上升。

（a）风电场输出功率（b）风电场接入系统节点8电压变化（c）阵风时系统中常规发电机31的转速变化（d）阵风时系统中常规发电机31的输出功率变化3）风电场输出功率短时间内从零升至额定功率对电力系统运行的影响。

8节点在风电场输出功率短时间内从零升至额定功率时，风电场的输出功率在短时间内迅速上升，向系统输入的有功功率要大于负荷，导致风电场接入点的节点电压迅速上升，同时常规发电机的转速会上升，发电机的输出功率下降。

4）风电场输出功率短时间内从额定功率降至零对电力系统运行的影响。

节点8在风电场输出功率短时间内从额定功率降至零时，风电场的输出功率在5秒钟内，输出功率由300MW降至0MW。

注入系统的总功率要小于负荷，导致风电场接入点的节点电压迅速下降，同时常规发电机的转速会下降，发电机的输出功率增加[5]。

我国高原地区风力发电研究论文摘要：在各项技术日益发展的今天，人们越来越渴望利用清洁、无污染的能源。

风力发电作为低污染、低消耗能源，被越来越多的人所研究，并加以利用。

在我国西北和高原地区，一方面因为环境、技术条件相对滞后，另一方面又有丰富的风能资源，对高原地区的风力发电研究就更具备现实意义。

然而，由于高原地区特定的地理和气候环境，其风力发电的情况与全国多数平原地区有不同之处。

本文从我国高原地区风力发电现状进行分析，并对现在高原地区风力发电的问题提出一些思考。

论文关键词：高原；风力发电；温度；气压；雷暴一、风力发电的功用性和原理自20世纪70年代末以来，随着世界各国对环境保护、能源短缺及节能等问题的关注，大规模利用风力发电来减少空气污染、减少有害气体的排放量。

风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。

小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。

风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。

每—部分都很重要，各部分功能为：叶片：用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能：机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13—25V变化的交流电，须经整流器整流，再对蓄电池充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。

然后用有保护电路的逆变电源，把蓄电池里的化学能转变成交流220 V市电，才能保证稳定使用。

二、高原特殊的地理条件对风力发电的影响（一）温度。

风力发电机组的零部件受低温的影响是不同的。

传动系统中的齿轮箱、主轴等主要部件承受冲击载荷，这类零部件须重点防止低温时的脆性断裂，因此应该采取适当的热处理方法、表面冷作硬化工艺和提高材料及零件表面加工质量等措施，提高机件的抗频繁冲击能力。

另外，避免机组在风速较高和低温情况下频繁投切启动、紧急制动等产生较大的冲击载荷的操作，也是很关键的。

机舱底板和塔架等承受循环载荷的大型焊接构件，在高寒环境温度下存在低温疲劳问题。

（二）气压。

气压与海拔关系密切。

在地球引力的作用下，空气依附在地球周围并形成大气压空气在地球引力的作用下，具有一定的质量，离地球表面越远（即海拔越高），气压越低在同一高度上的大气压又随地理纬度的增加而降低，在1km～5km范围内，递减率一般为10kPa／km。

随着海拔的增加，大气压力下降，空气稀薄，空气中含氧量也随之减少。

在高原地区，由于这种气压状况，风力发电的运行和顺利实施都会受影响，内耗也会增大。

（三）雷雨暴雨天气。

西藏地区积雨云成雷率高，是全国比例最高的，同我国华南积雨云比较，它们在成雷率上十分相似。

在积雨云中。

水滴不断碰撞分裂，产生正负电荷，并各自不断聚集。

若云层间或云和大地之间的电位差达到一定程度时，即发生猛烈的放电现象（闪电），在放电的路径上，空气强烈增热，体积骤然膨胀，发生爆炸声（雷声）。

强烈雷暴有时会毁坏建筑物和击毙入畜，因此也常常会损坏风力发电设施。

（四）高海拔。

青藏高原海拔高、空气稀薄，发电机容易发生电晕现象，因此对风力发电机的定子绕组、转子绕组的绝缘要求高，必须进行防晕处理，才能满足在高海拔地区的运行要求。

为了各种电气设备的安全运行，箱式变压器内的各高、低压电气设备及变压器必须采用高原型产品，它们之间的安全净距需要用海拔修正系数予以修正，因此变压器箱体尺寸比一般变压器要大。

当海拔高度大于i1000 m时，风电场升压站的屋内配电装置和外配电装置的各种安全净距需要进行修正，因此风电场升压站的占地面积较平原地区大，而且各电气设备都必须采用高原型产品。

三、减少风力发电阻碍的措施（一）解决大气温度变化对风电机组影响的办法。

1、采用主动失速型定桨距风力发电机组。

使用主动失速的风力机时，将桨时节距推进到可获得最大功率位置；当风力发电机组超过额定功率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整到额定值。

由于功率曲线在失速范围的变化率比失速前低得多，控制相对容易，输出功率将更乎稳。

2、采用变桨距风力发电机组。

对变桨距风力发电机组，由于其桨叶节距角是根据发电机输出功率的反馈信号来控制，不受气流密度变化的影响。

无论是温度变化还是海拔引起空气密度变化，变桨距系统都能通过调整叶片角度，获得额定功率输出。

例如，西藏地区气候变化急剧‘温差幅度较大。

除喜马拉雅山南坡外。

其余各地都有不同程度的霜冻，藏北高原最为严重，无霜期不超过70d。

风电机组浆叶的覆冰会使风轮运行不平衡，风速仪、风向仪和风速平衡装置的覆冰将影响机组的运行和控制。

大温差易引起发电机绕组表面冷凝，可在发电机内部安装电加热器。

（二）加强对风力发电机防雷接地设施的研究与开发，做好防雷设备的保养与维修。

同时。

学习分析高原地区季节性因素。

使风力电能发挥到最大化：例如西藏可利用的风能资源时段性极强，主要集中在冬、春季，如采用单一的风力发电形式，电能质量、可靠性和稳定性难以保证。