可再生能源論文

天津城建大學(xué)可再生能源利用論文題目：并網(wǎng)式風(fēng)力發(fā)電對(duì)電能質(zhì)量的影響姓名：年級(jí)：學(xué)號(hào)：并網(wǎng)式風(fēng)力發(fā)電對(duì)電能質(zhì)量的影響摘要：對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，研究了恒速、變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各種并網(wǎng)控制技術(shù)，并對(duì)這幾種并網(wǎng)技術(shù)所帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題的控制策略進(jìn)行了總結(jié)。指出今后風(fēng)力發(fā)電的研究方向是提高單機(jī)容量，以及加強(qiáng)電力電子裝置在風(fēng)電并網(wǎng)及電能質(zhì)量控制等方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；電能質(zhì)量控制；恒速恒頻；變速恒頻；雙饋異步發(fā)電機(jī)、八刖言電能是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚馁Y源，無(wú)論生活、生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)都離不開(kāi)電的使用，因此儲(chǔ)存與制造電能是我們需要不斷深究的話題。而對(duì)于目前我們制造電能的方式來(lái)看，主要還是利用燃燒煤炭，石油，液化天然氣等燃燒來(lái)產(chǎn)生熱能，并推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，這種方式對(duì)于我們的環(huán)境有非常大的影響，排出的二氧化硫，一氧化碳等有毒物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生許多不良結(jié)果，比如溫室效應(yīng)現(xiàn)象已經(jīng)非常顯著，因此為了人類(lèi)可以長(zhǎng)久的在地球上生存，保護(hù)環(huán)境，尋找無(wú)污染和可再生的能源進(jìn)行發(fā)電迫在眉睫。風(fēng)能作為大自然賜予人類(lèi)最好的資源之一，是一種清潔，安全，可再生的綠色能源，利用風(fēng)能對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)生態(tài)無(wú)破壞，環(huán)保效益和生態(tài)效益良好，如果可以很好的加以利用可以滿足人類(lèi)對(duì)電能的大量需求，對(duì)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。1.中國(guó)風(fēng)電發(fā)展歷史我國(guó)風(fēng)力發(fā)電始于上世紀(jì)80年代，發(fā)展相對(duì)滯后，但是起點(diǎn)較高，主要經(jīng)歷了三個(gè)重要的發(fā)展階段。第一階段：1985年?1995年試驗(yàn)階段利用丹麥、德國(guó)、西班牙政府貸款，進(jìn)行一些小項(xiàng)目的示范。歐洲風(fēng)電大國(guó)利用本國(guó)貸款和贈(zèng)款的條件，將他們的風(fēng)機(jī)在中國(guó)市場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)國(guó)家“七?五”“八?五”設(shè)立的國(guó)產(chǎn)風(fēng)機(jī)攻關(guān)項(xiàng)目，取得了初步成果。第二階段：1995?2003年在第一階段取得的成果基礎(chǔ)上，中國(guó)各級(jí)政府相繼出臺(tái)了各種優(yōu)惠的鼓勵(lì)政策。科技部通過(guò)科技攻關(guān)和國(guó)家863高科技項(xiàng)目促進(jìn)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，原經(jīng)貿(mào)委、計(jì)委分別通過(guò)雙加工程、國(guó)債項(xiàng)目、乘風(fēng)計(jì)劃等項(xiàng)目促進(jìn)風(fēng)電的持續(xù)發(fā)展。第三階段：2003?至今國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)通過(guò)風(fēng)電特許權(quán)經(jīng)營(yíng)，下放5萬(wàn)千瓦以下風(fēng)電項(xiàng)目審批權(quán)，要求國(guó)內(nèi)風(fēng)電項(xiàng)目國(guó)產(chǎn)化比例不小于70%等優(yōu)惠政策，扶持和鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)風(fēng)電制造業(yè)的發(fā)展，使國(guó)內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)的發(fā)展進(jìn)入到一個(gè)高速發(fā)展的階段。中國(guó)2006年新增裝機(jī)134.7萬(wàn)千瓦，比以前翻了一番還多，比2005年增加70%。中國(guó)目前風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)為260.4萬(wàn)千瓦，是全世界第6大市場(chǎng)。綜上所述，選用合理的方式，材料，經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行發(fā)電是非常必要的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展深入，越來(lái)越多的發(fā)展方式已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施，而對(duì)于我們?nèi)丝诒姸?，用電需求量大?lái)說(shuō)，并網(wǎng)式風(fēng)力發(fā)電是個(gè)很好的方式，但這種方式也存在著一些問(wèn)題，下面將具體闡述。問(wèn)題的提出早期的風(fēng)電場(chǎng)采用的是小型恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)在于并網(wǎng)研究相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)的自然滑動(dòng)可以輕易的獲得很大的阻尼，往往只需增加少量的額定功率既可產(chǎn)生很好效果；缺點(diǎn)在于它必然受困于電抗儲(chǔ)能與釋放能量的延時(shí)性同并網(wǎng)的瞬時(shí)性之間的矛盾。但目前這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)得到解決，因?yàn)槲覀兛偪梢酝ㄟ^(guò)吸收電抗儲(chǔ)能的方法來(lái)限制電路中的電壓升高。但是隨著發(fā)展，尤其是為風(fēng)力發(fā)電機(jī)中同步發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)于如何并網(wǎng)提出了很高的要求。對(duì)此人們提出了大量設(shè)計(jì)方案，例如在驅(qū)動(dòng)裝置上采用了可拆卸元件，或是使用彈簧調(diào)節(jié)器來(lái)反應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和變速箱結(jié)構(gòu)。在適當(dāng)?shù)墓β氏逻@些裝置可以很有效的發(fā)揮作用，使并網(wǎng)成功。但這些方案不足以解決對(duì)并網(wǎng)式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量的控制，因此，以下將對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行深入探討。恒速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)采用的是普通異步發(fā)電機(jī)。這種風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)正常T作在超同步狀態(tài)，轉(zhuǎn)差率為負(fù)值，并且其變化范圍較小，所以被稱(chēng)為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是恒速恒頻發(fā)電機(jī)組，但是電力電子裝置應(yīng)用較少，其中也有些機(jī)組的轉(zhuǎn)子回路接入電阻，用電力電子器件控制轉(zhuǎn)子電流的大小來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。這種風(fēng)電機(jī)組的主要缺點(diǎn)是:當(dāng)風(fēng)速迅速增大時(shí)，風(fēng)能將通過(guò)槳葉傳輸給主軸、齒輪箱和發(fā)電機(jī)等部件，產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，引起這些部件的疲勞損壞。同時(shí)在正常工作時(shí)這類(lèi)風(fēng)電機(jī)組無(wú)法對(duì)電壓穩(wěn)定進(jìn)行控制，不能和同步發(fā)電機(jī)一樣提供電壓支撐能力。因此，當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)電壓的恢復(fù)和系統(tǒng)穩(wěn)定。這也是普通異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組的主要缺陷。其次.因?yàn)楹闼俸泐l風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能是隨風(fēng)速波動(dòng)的，若風(fēng)速急劇變化，可能會(huì)引起風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電能質(zhì)量有問(wèn)題，如電壓閃變、無(wú)功波動(dòng)等。通常在這類(lèi)風(fēng)電系統(tǒng)中采用靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC或TSC來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，并通過(guò)軟啟動(dòng)方法抑制啟動(dòng)時(shí)的發(fā)電機(jī)電流。變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)隨著電機(jī)變頻凋速技術(shù)的不斷發(fā)展.采用雙饋異步發(fā)電機(jī)和永磁多極同步電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)得到了更加廣泛的研究與應(yīng)用。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)風(fēng)速的變化.風(fēng)力機(jī)以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn).減少了對(duì)風(fēng)力機(jī)等機(jī)械裝置的機(jī)械應(yīng)力；通過(guò)對(duì)最佳轉(zhuǎn)速的跟蹤，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在可發(fā)電風(fēng)速范圍內(nèi)均町獲得最佳功率輸出；風(fēng)力機(jī)能夠?qū)ψ兓娘L(fēng)速起到一定的緩沖，使輸出功率的波動(dòng)變化減?。煌ㄟ^(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組有功和無(wú)功輸出功率進(jìn)行解耦控制.并采用一定的控制策略.町以分別單獨(dú)控制風(fēng)電機(jī)組有功、無(wú)功的輸出，具備電壓的控制能力。因此.變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行很有利。當(dāng)前的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中較多的是采用雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組。該類(lèi)機(jī)組在國(guó)外的應(yīng)用已經(jīng)很普及?困內(nèi)新建的風(fēng)場(chǎng)也大都采用這種機(jī)型。另外，采用永磁多極同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組技術(shù)已比較成熟.國(guó)外已開(kāi)始應(yīng)用。在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方面，電力電子裝置起到了關(guān)鍵作用。當(dāng)風(fēng)速變化引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，通過(guò)變頻器調(diào)整轉(zhuǎn)子電流的頻率fr,可使定子頻率fs恒定，即應(yīng)滿足：fs=pfm+fr。其中，fs為定子電流頻率，與電網(wǎng)頻率相同；fm為轉(zhuǎn)子機(jī)械頻率；P為電機(jī)的極對(duì)數(shù)；fr為轉(zhuǎn)子電流頻率。有下述3種情況：n<n1（n1為定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速）時(shí)，發(fā)電機(jī)處于亞同步狀態(tài)，此時(shí)變頻器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)通過(guò)定子向電網(wǎng)提供電能；當(dāng)n>n1時(shí)，此時(shí)發(fā)電機(jī)處于超同步狀態(tài)，由定子和轉(zhuǎn)子共同向電網(wǎng)提供電能；當(dāng)n=n1時(shí)，發(fā)電機(jī)處于同步狀態(tài)，此時(shí)發(fā)電機(jī)等效為同步電機(jī)運(yùn)行.變頻器向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁。雙饋電機(jī)通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，此時(shí)轉(zhuǎn)子電路的功率只是由交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范同決定轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分，所以對(duì)變頻器的容量要求、控制難度及成本大幅度降低。并且采用變頻器調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁的雙饋發(fā)電機(jī)的控制方案除了可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，還可以對(duì)有功、無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)單獨(dú)解耦控制，對(duì)電網(wǎng)而言可起到補(bǔ)償無(wú)功和穩(wěn)定電壓的作用｝。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有如下優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)子側(cè)僅傳遞轉(zhuǎn)差能量，變頻器容量要求大幅降低，且發(fā)電機(jī)可在50%的同步轉(zhuǎn)速時(shí)正常工作；匕雙饋電機(jī)中變頻器的諧波含量較少，減少了相應(yīng)的濾波器容量，降低了成本：c.可以通過(guò)調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機(jī)發(fā)出和吸收的無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)和電壓控制。5.永磁多極同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電系統(tǒng)在永磁多極同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間安裝有電力電子變流器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)有功和無(wú)功的解耦控制。且當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)也可以保證所發(fā)電能的電能質(zhì)量。該系統(tǒng)的工作原理如下：首先.采用永磁多極同步發(fā)電機(jī)發(fā)出頻率變化的交流電，然后通過(guò)整流裝置將該頻率變化的交流電整流成為直流電，最后再通過(guò)逆變器將直流電變換為工頻的交流電送人電網(wǎng)。這種系統(tǒng)在并網(wǎng)時(shí)沒(méi)有電流沖擊，可以對(duì)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是，所有的電能都要通過(guò)變流器送入電網(wǎng)，因此變流器容量和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量相同，電力電子變流器設(shè)備成本較高，并且有高頻電流諧波注入電網(wǎng)。與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，永磁多極同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以更多地捕獲風(fēng)能和提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)出電力的電能質(zhì)量，雖然成本較大，但對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有利。永磁多極同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無(wú)需外部提供勵(lì)磁電源。其變速恒頻控制是在定子電路實(shí)現(xiàn)的。把永磁發(fā)電機(jī)的交流電通過(guò)變流器轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率的交流電.因此變流器的容最與系統(tǒng)的額定容量相同。采用永磁發(fā)電機(jī)可做到風(fēng)力機(jī)與結(jié)構(gòu).可大幅減少系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)由于齒輪箱等機(jī)械裝置導(dǎo)致的故障.從而提高整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的可靠性。風(fēng)電系統(tǒng)的軟并網(wǎng)裝置和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備在直接與電網(wǎng)相連的風(fēng)電系統(tǒng)中常用鼠籠型異步發(fā)電機(jī)，如果直接并網(wǎng)會(huì)使得并網(wǎng)電流較大，因此常采用電力電子軟并網(wǎng)裝置進(jìn)行軟并網(wǎng)。異步發(fā)電機(jī)通過(guò)晶閘管平穩(wěn)并網(wǎng)，可以將并網(wǎng)電流限制在額定電流的1.5倍以下，從而得到一個(gè)較為平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過(guò)程，有效避免了保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的順利并網(wǎng)。由于異步發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)一般較低，為了提高功率岡數(shù)，通常在異步發(fā)電機(jī)出13處接有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。常用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置、靜止無(wú)功補(bǔ)償器、靜止無(wú)功發(fā)生器等。并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置采用接觸器或電力電子開(kāi)關(guān)在風(fēng)電運(yùn)行中按照一定的順序進(jìn)行分組投入或切出，能夠?qū)⒀a(bǔ)償前較低的功率因數(shù)提高到約0.98。由于并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置成本低，因此在無(wú)功補(bǔ)償方面應(yīng)用廣泛，但因其調(diào)節(jié)不連續(xù)、響應(yīng)速度慢，很難對(duì)風(fēng)機(jī)無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償。靜止無(wú)功補(bǔ)償器由多臺(tái)（組）可投切電容器、快速可調(diào)整容最的電抗器以及各次諧波濾波裝置組成，裝置的響應(yīng)速度快。能迅速跟蹤變化的無(wú)功，可較大幅度調(diào)節(jié)由風(fēng)速變化引起的電壓變化，濾除諧波，從而提高電能質(zhì)量。靜止無(wú)功發(fā)生器是采用特定的檢測(cè)方法獲得需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流后再通過(guò)電力電子變流器產(chǎn)生該部分無(wú)功電流，以實(shí)現(xiàn)無(wú)功的迅速補(bǔ)償。靜止無(wú)功發(fā)生器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波與無(wú)功的綜合補(bǔ)償與抑制，補(bǔ)償范圍較大，目前得到了較為廣泛的關(guān)注。風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前景通過(guò)采用電力電子技術(shù)，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性大為改善；通過(guò)有功、無(wú)功控制，風(fēng)電機(jī)組可以對(duì)系統(tǒng)的頻率和電壓控制起到一定作用：而大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行，也將會(huì)逐漸降低風(fēng)力發(fā)電的成本，使風(fēng)力發(fā)電更為普及。因此，現(xiàn)今的電力電子技術(shù)對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的控制、電能的轉(zhuǎn)換以及電能質(zhì)量的改善都能起到關(guān)鍵作用，具體應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面；為增加風(fēng)能的利用效率和減小電力電子變換器的能耗，要選擇適合的電力電子變換器來(lái)匹配變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)；增加無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置SVC或TSC有利于電網(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障恢復(fù)；每個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都有自己的特征和適宜性，針對(duì)于不同的海上風(fēng)場(chǎng)要具體考慮，選擇最適合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。大容量海上風(fēng)電場(chǎng)將廣泛應(yīng)用電力電子裝置。8.結(jié)束語(yǔ)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，使得風(fēng)力發(fā)電的成本進(jìn)一步降低，其在電力市場(chǎng)中所占份額得以提高.具備了和常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)的能力，加快了世界能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。然而，如何更加有效地利用風(fēng)能、提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效率，減小并網(wǎng)沖擊和電力諧波、提高功率因數(shù)也給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)提出了更高的要求。參考文獻(xiàn):【1】包耳;胡紅英，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r與展望，大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)；2011年01期?！?】李建林.許洪華，風(fēng)力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社。【3】耿華，楊耕，馬小亮，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)綜述，電力電子技術(shù)。【4】何東升.劉永強(qiáng)，王亞，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究，高電壓技術(shù)?！?】凌禹，張同莊，變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)綜述[J].電力自動(dòng)化設(shè)備?！?】李建林，胡書(shū)舉，大功率直驅(qū)犁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)比分析，電力自動(dòng)化設(shè)備。【7】韓俊良，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展前景，機(jī)械研究