風電并網對電能質量影響的分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u20630風電并網對電能質量影響的分析綜述 1313501.1電壓偏差問題 1304781.2電壓波動問題 232201.3諧波電壓問題 3318121.4三相電壓不平衡問題 4本文在查閱了國內外有關風電場電能品質的大量文獻后，得出了以下結論：電能質量問題是指在用電系統中發生的電力問題。比如電流、電壓、頻率等，都不能滿足電器的使用需求；電壓是衡量電力品質的一個重要指標。電力質量是指電力裝置提供的頻率和幅值恒定的正弦波電壓。為適應電力使用者的生產需要，從而引起電能質量問題。因此，治理電能質量的首要任務之一，就是要把電網和用戶的電能質量評估標準納入到治理戰略之中。由此得出了電能質量的定義：電壓、電流、頻率與額定電壓的偏差會對電網的正常工作產生不同程度的影響，甚至會導致電網的不正常工作，造成嚴重故障。1.1電壓偏差問題（1）電壓偏差的基本原理與計算方法電力供應系統在正常運行時，由于各節點的壓力存在差異，導致其與正常工作時的額定電壓發生偏離。也就是電壓的變化。該電壓變化很慢，而且每秒的變化小于標稱的1%，電壓偏差強調的是與額定電壓相脫離的實際電壓，而與偏差持續時間無關。根據GB/T12325-2008《電能質量供電電壓偏差》中的有關規定，定義電壓偏差是指電力系統的實際工作電壓與額定電壓值的偏差程度，用百分數表示。若考慮到風發場接入的影響，則公共連接點（PCC）的電壓偏差可以確定為式（2-8）。（2-8）式中：——PCC的線路實際電壓值（V）；——PCC的線路標稱電壓值（V）。風電并網產生電壓偏差的原因因素在風力發電的同時，由于電網中的無功不均衡，導致了電網的電壓偏差。無功平衡是指：在系統的任意時間內，由無功電源供給的無功功率與整個系統所需的無功功率相等。電網的無功不均衡表明，無功不平衡是指在電力系統中有大量的無功電流流經，造成了線路上的不同電壓。恒速風力發電機在運行時會吸收較多的無功功率，從而導致電網的電壓下降。在利用電容法進行調節時，可以使電網的電壓恢復到原有的水平，而采用電容法進行的調解，僅達到了一個階段性的調整，而不能達到最佳的補償狀態。而且很可能發生過補償或欠補償的情況。如果存在過補償，則會使該系統的電壓升高。會導致電壓幅度的降低。通過對風電機組有功功率的分析，發現風電機組的有功和有功功率存在著顯著的正向關系。同時，它所能吸納的無功Q值也隨之增大，而反之則會降低。這必然會導致電壓的變化，導致電壓的變化。變速風力發電機具有有功無功解偶功能，且在風電場與電網間均無能量轉換過程。但是，當變速發電機輸出功率過大時，由于系統損耗的無功功率較大，使系統電壓幅值降低，從而使系統電壓與額定電壓值有一定偏差。（3）電壓偏差的危害在電網中，所有的設備都要根據特定的工作電壓來操作，如果在實際工作和額定工作的情況下發生不一致，就會導致電壓發生偏移。從而對電力設備的操作與使用的安全性產生一定的影響。以異步電動機為例，在端子電壓小于額定電壓時，其轉矩與端子電壓的平方成比例，電動機有可能出現故障，嚴重時會燒壞；當機端電壓過高時，電動機的勵磁電流就會增大，從而導致鐵心過熱。對電動機的絕緣有一定的影響。另外，如果電網運行電壓太小，則會使傳輸線的最大輸出能力大為降低。由此引起的頻率不穩，使整個系統出現頻率崩潰，有功損耗、無功損耗和電壓損耗增大；當系統工作電壓過高時，會增大負載，使各類電器設備的絕緣受到損害。同時也會使帶鐵心的裝置產生電流飽和，產生高頻諧波，引起電磁干擾現象。1.2電壓波動問題（1）電壓波動的基本概念及計算方法如果在供電系統中接入了具有波動特性的供電裝置，則連接節點的電壓就會產生波動。GB/T12325-2008《電能質量電壓波動和閃變》中規定，電壓波動程度通常為最高運行電壓和最低運行電壓之間的均方根值（有效值）之差，與整個系統標準電壓之比，以百分數表示，如式（2-9）所示。(2-9)式中：——電壓均方根值曲線上的兩個極值（V）；——系統的標稱電壓（V）。(2）風電并網后的電壓波動成因分析如果風電機組的輸出功率不穩定，會導致電網電壓波動。在風力發電機工作時，由于風力場和氣流擾動的劇烈變化，導致風機的輸出功率發生振動。從而會對電力系統與電網的交流產生影響，最終造成風機并網側的出線電壓出現波動及閃變；同時，由于風力發電裝置的出力振蕩，最終在風電機組并網后出現了一定的壓力波動。例如塔影效應，風剪切，偏航誤差等。風電場的能源來源于自然界，當機組處于連續運行狀態時，其電力的輸出也會隨著風速的改變而改變。風電設備的電壓波動隨著風速的增加而增加，同時其電壓的起伏也與風電的波動性成比例，同時，由于風力發電系統在轉換時存在著一定的電壓不穩定。此外，在不同的電網結構下，風電機組的接入也會導致電網電壓的波動。風能發電設備的電壓波動最大的因素是：風電場的公用連接點短路電流比、電感電阻比、電感電阻比。電壓波動的危害在現實生活中，有些精細儀表生產企業受壓力波動性的負面影響較大，從而給公司帶來了巨大的損失。此外，一些精密電子產品的工作性能也會因氣壓波動而出現不良的工作性能。電流的改變不僅會造成設備的損傷，而且也會對發電機的器件造成一定的損害。因此，對于電力供應系統中不同級別的電源電壓的變動，都有專門的規定。同時，對整個系統的電源電壓也要控制在合理的范圍內。1.3諧波電壓問題（1）電壓諧波畸變率的基本概念及計算從嚴格的意義來講，所謂的“諧波”，就是指電流中所包含的頻率是基波的整數倍，一般是指對周期性的非正弦電量進行傅里葉級數分解，其余大于基波頻率的電流產生的電量。國標GB/T14549-1993《電能質量公用電網諧波》中使用電流總諧波畸變率（）描述諧波指標。電壓總諧波畸變率的計算公式如式（2-10所示）。（2-10）式中：——電壓基波分量的方均根值（V）；——h次高次諧波電壓分量的方均根值（V）；n——經傅立葉分解處理所得諧波最高次數。（2）風電并網時的諧波成因分析通過分析了風電機組的電磁性能，發現其自身也有一定的諧波。風電機組在正常工作中也會出現一些諧波，但由于其他原因造成的諧波成分較少，幾乎可以忽略不計。對風力發電系統的諧波成分進行了分析，發現其主要原因是風力發電系統中的功率電子元件，其工作時產生的非線性負荷會造成電壓波形畸變。對于定速風力發電機，沒有任何的諧波成份，因為它的裝置中沒有功率電子部件。在風力發電機并網運行時，某些電子部件會被激活，從而引起諧波。但這種諧波只是一種暫態的，而且投入時間很短，所以可以被忽視。雙饋異步風力發電機的定子繞組與交流電網直接連接，而在電網側則利用PWM逆變器實現了逆變。當并網運行后，定子繞組的端口總是輸出電力；轉子繞組連接到一個雙向功率轉換器，在一定的轉速差時，轉子繞組將有功功率和無功功率分開輸出。變速風電機組在并網后，電網中的換流器一直在工作，因而會有連續的諧波電流出現，因而需要引起人們的注意。（3）諧波的危害電力電子裝置在進行功率控制和處理時，由于其自身的電磁性質，難免會出現非正弦波。這樣就可以在電網中輸入諧波。將諧波輸入到電網，將會使注入點（公用連接點PCC）的電壓波形發生畸變，從而對電網的穩定運行造成嚴重的影響，并對周邊的電氣環境造成嚴重的影響。諧波的危害十分嚴重。諧波會降低電能的生產、傳輸和利用效率，造成電力設備過熱、振動、噪音、絕緣老化、壽命縮短。甚至有可能出現故障或燒毀。諧波會導致電網局部并聯或串聯共振，從而增大諧波含量，導致電容器等器件的燒毀。同時，由于諧波的存在，會導致繼電保護和自動設備的誤動作，造成電能測量的混亂。在電力系統的外部，由于諧波的存在，會對通訊和電子設備造成很大的影響。1.4三相電壓不平衡問題（1）三相電壓不平衡度的概念及計算方法三相電壓不平衡度是指三相電力系統中各相電壓的差異程度。GB/T15543-2008《電能質量三相電壓不平衡》中規定，三相電壓不平衡度是指三相系統中負序電壓的基波分量的方均根值與正序電壓的基波分量的方均根值之間的百分比，在實際應用中的計算公式如式（2-11）所示。(2-11)式中：——電壓正序分量有效值（V）；——電壓負序分量有效值（V）。（2）三相電壓不平衡產生的原因當電網在正常工作時，由于各個相上的各個部件的實際參數不對稱，會使三相電壓、電流幅值、相位發生偏離，從而給電網和電網的使用帶來很大的危險。通過對實際用戶的用電量統計和分析，發現三相負荷不均衡是導致三相負荷變化的主要原因，此外還有：機械設備與電線的連接不佳；三相系統中有大量的無效功率，其中的高次諧波會導致三相間的不均衡；由于外部因素，三相負載失衡，造成三相不平衡。（3）三相不平衡度的危害三相不平衡會使旋轉電機產生額外的熱量和振動，從而影響到它的安全和正常輸出；導致許多由負序成分作為啟動部件的保護出現故障（尤其是在電網中存