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武 鋼:關(guān)于風(fēng)力發(fā)電場與電網(wǎng)的關(guān)列運行
2009-02-12
來源:武 鋼
瀏覽數(shù):3147
由于異步發(fā)電機并網(wǎng)方法比同步發(fā)電機簡單而且并網(wǎng)后不會產(chǎn)生振蕩和失步問題,因此目前國內(nèi)外的風(fēng)力機基本上均采用異步發(fā)電機。風(fēng)力機單機容量的發(fā)展已由以前的10~30kW~0目前的150~400kW,因此在并網(wǎng)方法上,直接并網(wǎng)法由于要產(chǎn)生較大的沖擊電流引起電網(wǎng)電壓瞬間下降而不被采用,目前比較先進的并網(wǎng)方法為由雙向可控硅控制的軟投入法,它使得較大容量的風(fēng)力機及風(fēng)電場與電網(wǎng)的并網(wǎng)運行成為可能。其工作原理如下:當(dāng)由風(fēng)輪帶動的發(fā)電機旋轉(zhuǎn)至接近同步轉(zhuǎn)速時(同步轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)頻率和磁極對數(shù)),發(fā)電機出口空氣開關(guān)閉合,使發(fā)電機經(jīng)一組雙向可控硅與系統(tǒng)連接,雙向可控硅的控制角由180。至0逐漸打開,雙向可控硅的導(dǎo)通角則由0至180。逐漸增大,在電機并網(wǎng)初瞬階段異步發(fā)電機是作為電動機運行,其轉(zhuǎn)差率逐漸趨于零,由于轉(zhuǎn)差及雙向可控硅導(dǎo)通角的限制,并網(wǎng)時沖擊很小,可以得到一個非常平滑并網(wǎng)過程,隨著轉(zhuǎn)速的增加并超過同步轉(zhuǎn)速,電機開始向電網(wǎng)輸送有功,風(fēng)越大,則電機獲得的機械功率越多,轉(zhuǎn)差的絕對值越大,發(fā)出的電也就越多,在發(fā)電機轉(zhuǎn)差率為零時雙向可控硅被一組開關(guān)短接,從而結(jié)束了風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)過程,同時也開始了向電網(wǎng)的發(fā)電過程。
五、關(guān)于風(fēng)電場的輸出特性
風(fēng)速的隨機性是影響風(fēng)能利用的因素之一,但是隨著風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展,及對風(fēng)電場運行資料的記錄與整理,使得人們對于風(fēng)速的變化規(guī)律有了越來越深刻的了解,因此利用氣象資料來預(yù)報風(fēng)電場的大致出力已經(jīng)不是十分困難的事情。那么隨著風(fēng)速的變化風(fēng)電場的出力是如何變化的呢?我們說風(fēng)電場的出力變化也就是每臺風(fēng)力機的輸出變化。
風(fēng)力機葉輪從風(fēng)中所能獲得的最大功率為1/2Vs11其中q為葉輪的最大效率,取值為0.593,p為空氣密度A為掃風(fēng)面積,由葉片的長度決定V為風(fēng)速
從上式不難看出在風(fēng)力機已制成后,風(fēng)力機葉輪所得的最大功率與風(fēng)速的8次方成函數(shù)關(guān)系,除去機械損耗及發(fā)電機損耗我們可以近似的認(rèn)為發(fā)電機的輸出是風(fēng)速的函數(shù),但在實際的運行中發(fā)電機輸出與風(fēng)速的關(guān)系并不是如此簡單,它涉及復(fù)雜的空氣動力學(xué)的理論,在一定的風(fēng)速范圍內(nèi),我們可以用上述公式來描述風(fēng)力機的輸出變化過程,隨著風(fēng)速的提高輸出功率也急劇提高,同時電磁阻力矩也隨之增加,二者相互作用從而達(dá)到了一個動態(tài)平衡過程,由于電磁阻力矩的存在,及其空氣動力學(xué)的特性,風(fēng)力機在超過其額定風(fēng)速后輸出變得平滑,而且隨風(fēng)速的增加輸出功率略有下降,在額定風(fēng)速之前風(fēng)力機輸出功率是隨風(fēng)速增加而增加的。從風(fēng)速的日變化曲線中,我們可以看出風(fēng)速是隨時間在一定的范圍內(nèi)進行變化的,也就是說風(fēng)電場的出力在一天之內(nèi)在一定的范圍之內(nèi)變化,但是系統(tǒng)負(fù)荷的變化規(guī)律并不由風(fēng)速的變化來決定,從這個意義上來說,風(fēng)電場輸出的隨機變化不利于電網(wǎng)的運行,當(dāng)風(fēng)電場容量較大時可以利用風(fēng)力提水貯能電站來使電網(wǎng)的功率達(dá)到平衡(風(fēng)大時多抽水貯能,風(fēng)小時利用抽水貯能獲得的水的勢能多發(fā)電)。根據(jù)國外的研究資料表明,在風(fēng)電場容量不超過電網(wǎng)容量5%時,這種風(fēng)電場輸出的隨機變化可以由火電廠或水電站的調(diào)速裝置自動調(diào)節(jié)來彌補,能保證系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。
六、關(guān)于風(fēng)電場的無功補償問題
風(fēng)電場的無功補償是值得引起注意的問題,因為異步機發(fā)電時需要無功來建立磁場,面且隨著有功輸出的不斷增加,無功也在增加,即當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機的有功輸出不是一個恒定值時,其所需無功也不是一個恒定值。
對于風(fēng)電場容量不大且離主電網(wǎng)電氣距離較近的風(fēng)電場來說,無功補償問題還顯得不十分嚴(yán)重。因為此時可以靠電源的自動勵磁調(diào)節(jié)器來進行自動調(diào)節(jié)。但是當(dāng)風(fēng)電場容量較大或遠(yuǎn)離電網(wǎng)時,由于風(fēng)場要吸收較大量的無功且造成線路上的電壓損失增加,同時對于電網(wǎng)中主力發(fā)電機的經(jīng)濟運行也是十分不利的,因此必須加裝無功補償裝置。
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