茂明风电项目一期并网电能质量浅析

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1、茂明风电项目一期并网电能质量浅析发布日期：2010/1/1911:49:32来源：激情茂明作者：刘庆元1引言电能在当今生产、生活中发挥着巨大的、不可颠覆的作用,“电”作为一种产品对于用户来说必须是一种品质优良的合格产品，合格的电能在电网潮流中运行对于发电、送电、用电三方来讲都有是一件百利而无一害的好事。电能质量标准在国际上的提出大概于上世纪的70年代，我国也先后于1983年和1993年分别制定了限制谐波的规定和相关电能质量标准。众所周知，传统的火力、水利发电都是汽轮机、水轮机拖动同步发电机运行的，同步发电机发出的电能质量相对于异步发电机

2、无论是频率、功率因数、谐波分量还是电压闪变、波动等方面都有着不可比拟的优势。在传统火力、水利发电系统中，电能质量的各项指标相对容易控制，破坏电网电能质量的因素主要集中在用户端，如轧钢、有色金属冶炼、铁路牵引等行业；但伴随大型风电场并网运行的增多，风电带来的电网电能质量问题日益彰显突出。作为清洁、绿色能源的代表风力发电，最初由于技术原因只能作为脱网型发电设备在个人用户端使用，随着半导体电力电子控制技术的飞速发展，风力发电历经晶闸管（SCR）软并网技术到使用双极型绝缘栅晶体管（IGBT）的变频器，风电控制技术在风能利用率、自动控制和电能质量

3、方面有了长足的进步，但无论如何，受到自然风速变化和电力电子器件自身原因的影响，作为一个电网安评和稳定运行的重要指标，风电的电能质量始终是一个多方关注的指标。本文通过FLUCK435电能质量分析仪实测风机出口电能相关数据，浅析华能茂明风电项目一期的电能质量。2实测数据2.1电压和电流图1图1所示，风机出口电压被整个电网电压托住，相电压基本保持在395V至401V之间波动（即线电压在684V至695V之间波动）波动偏差小于1%，符合电网要求；风机输出电流受风速、风向变化影响变化较大（测试当天20S平均风速未达到额定风速风机未能实现满负荷运行

4、），出口电流波动很大，从200A至600A之间变化，特别是在21：22左有风速突然下降时负荷电流骤减直至十几安培；零序电压在风机负荷骤减处有轻微变化，其余时间基本正常；零序电流较大最高时达到60A，且变化也非常大。2.2功率同出口电流受风速、风向变化影响一样风机瞬时有功功率变换也很大；无功功率基本没有波动变化，只吸收少量的感性分量；功率因数在0.96至0.98之间，达到电网要求。图22.3频率图3所示整个电能频率在49.96至50.04之间，符合电网标准。2.4不平衡图4所示三相电压较平衡，三相电流不平衡度达到15%，超出电网指标。2.

5、5闪变图5电压闪变较小低于0.2，说明在电网无故障状态下完全可托住风机出口电压。2.6谐波2.6.1波形畸变率（THD）图6三相电压波形畸变率小于1，零序电压波形畸变率为50%；三相电流波形畸变率A、B相接近5%，C相接近4%，零序电流波形畸变率接近3%，电流畸变率超出或接近电网允许标准4%，不合格。2.6.2谐波分量偶次谐波和奇次谐波含量较高，特别是三相电流和零序电流的偶次谐波和奇次谐波含量较高，典型的电力电子器件造成的波形污染，电流奇次谐波分量在允许范围之内，偶次谐波含量超出1.6%的允许标准。图63影响电能质量的原因分析3.1风力

6、资源评估3.1.1风能有效利用系数通过茂明风电场的风能测量的数据统计表明茂明风电场年利用小时可达到2500小时以上。实际通过两个月的试运行累计发电量为7434MWh，以9月份为例（8月26日—9月20日）实际发电量为3579.3MWh,总装机容量为49.5MW,实际折算有效利用小时数为72小时，该月为小风月，且考虑实际风机试运行情况的不稳定性不足以说明问题。3.1.2风速、风向的日变化华能茂明风电场一期风速、风向的日变化较大，图7为11号风机两天的玫瑰图，从图中看到风场的风向和风速变化比较频繁，造成了风机出口功率的波动，影响了风机的稳定

7、运行。3.1.3风的湍流强度由于华能茂明项目一期的风场选址地势较平缓湍流强度相对较弱。3.2风力发电机组变频器的影响风力发电机组的风能效率主要由叶片的形状尺寸、传动机构的效率、发电机的出力情况、控制器和变频器的动态调节过程所决定。排除设备个体差异和人为安装的原因、风机在出厂时叶片的形状尺寸、传动机构的效率、发电机的出力情况已经定型成为不可更改的固定常数，对于风机来说风能的利用主要取决于风机的控制器和变频器的动态调节。作为现在主流并网机型变速恒频、变桨风力发电机组主要分为双馈式异步发电机组和永磁同步发电机组。两种发电机组的并网动态调节和运

8、行中（额定风速以下）的功率控制都要依靠变频器，如果把风力发电机组的控制器看作整个风机的控制核心，那么变频器则是风机的动力核心，因为在额定风速以下，风机控制器在程序上命令叶片在对风方向是全面打开的（即桨距角为