电能质量是风力发电机组的又一重要运行性能。描述风力发电机组电能质量的特征参数主要有额定值、最大输出功率(10min平均值、60s平均值及200ms平均值)、作为有功功率函数的无功功率(10min平均值)、电压波动和闪变、50次以下谐波电流(10min平均值),以及10min和120min周期内风力发电机组起动的最多次数等。
风力发电是以风作为动力源的,一般来说风力发电机组的输出功率近似与风速的立方成正比。由于风速和风向具有随机变化的特性,这就使得风力发电机组的输出功率将随着风速的变化而变化。由于风的随机变化特性及风电场的地形因素等原因,即使在同一个风电场内的风力发电机组,其输出功率的变动也是不同步的。这种随机的、随风速变动的功率注入电网,将会引起系统中某些节点(如并网点)的电压波动。与其他常规电源(如火电和水电)相比,风力发电机组输出功率的变化还表现在经常因为各种原因突然进行停机操作。这种相对频繁的投入和切出操作,使风电场所接入系统的潮流经常处于一种重新分配的过程。除影响电压外,也在一定程度上影响系统的频率稳定。
带有大功率电力电子变流器的风力发电机组在运行过程中还会向电网注入含有谐波的电流,从而引起电网电压的谐波畸变。同时,风力发电机组在运行时对无功的需求及风电场无功就地平衡等原因,也使得风电接入系统对电网电压的稳定性产生了较大的影响。
随着我国风电装机容量的不断增大,风力发电对电力系统电能质量的影响日益明显。在某些情况下,电能质量问题甚至成为制约风电场装机容量的主要因素,这就促使了风力发电机组电能质量测试和认证工作成为风力发电机组准入制度中必不可少的内容之一。(www.daowen.com)
针对风电引起电网电能质量问题的测试与评估国际电工委员会于2008年8月颁布了IEC 61400-21:2008《并网风力涡轮机的功率质量特性的测量和评估》,它是目前世界上公认的一套描述并网风力发电机组电能质量测试与评估的标准。该标准主要包括:并网风力发电机组电能质量特征参数的定义与说明;并网风力发电机组电能质量特征参数的测试过程及方法;风力发电机组接入电力系统电能质量特征参数的评估方法。在诸多描述电能质量的特征参数中,电压波动和闪变及谐波是主要参数。
我国也已制定出风力发电机组和风电场电能质量测试与评估的标准,即GB/T 20320—2013《风力发电机组电能质量测量和评估方法》,该标准等效采用(IDT)IEC 61400-21:2008。
对于电能质量问题中电压波动和闪变及谐波的测试与评估,我国制定了相关的国家标准。如GB/T 12326—2008《电能质量电压波动和闪变》,它主要是针对电力系统正常运行情况下,由负荷波动引起的公共连接点电压的快速变动;同时,标准中也规定了电压波动和闪变的限值、计算和评估方法。又如GB/T14549—1993《电能质量公用电网谐波》。这些标准对保证风力发电电能质量起到积极作用。
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