银杉蓄电池风力发电机组并网测试技术研究

 

摘要：介绍风力发电机组的开展和现状，简述风力发电大规模并网对电网的影响，研讨电网电压、频率改变时对风力发电机组运转的影响，研讨电网频率、电压、风力发电机组有功输出、无功补偿、储能间的联系，完成风力发电机组与电网的友好性。

关键词：电压；频率；有功输出；无功补偿；储能

1  引言

风能作为一种清洁无公害的可再生动力，已被各国广泛运用于发电。风力发电的原理是将风能推进叶轮旋转，带动齿轮箱、发电机旋转构成机械能，再将机械能经过发电机、变流器转变成电能。中国风电装机容量在近些年的快速添加，使中国已经成为世界上最大的风力发电国家，截止2022年底，我国风力发电装机容量到达365GW，占全国发电总装机容量的14.24%，其中2022年装机容量37.63GW，占全国发电新增总容量的18.86%，呈添加趋势，跟着习近平总书记在十四五规划中提出双碳方针，国家及各级政府相继出台《“十四五”可再生动力开展规范》、《“十四五”现代动力动力体系规划》《关于完善动力绿色低碳转型体制机制和政策办法的意见》等产业政策，清晰了风力发电的开展前景。但是因为风能的间隙性和不安稳行，大规模风力发电机组的并网也给电网的安稳性和安全性带来了较大的影响。所以如何减少风力发电机组的并网给电网带来的不确定性和安全隐患，以及进步风力发电机组应对电网反常环境下的安稳运转成为当时研讨的主题。

1.1 大规模风电并网给电网构成的影响

a 不可靠性添加

风力发电机组对天气具有较强的依赖性，其发电量受到风速巨细、风向改变率、暴风、冰冻等反常天气因素的影响，导致其电力输出才能具有不安稳行。一起因为风力发电的特殊性，多个风力发电机组一起大幅较少或添加功率输出，或许导致电网失衡，这种不安稳行或许会导致电网电压改变、体系频率动摇和瞬变，给电网的运转带来潜在风险，严重影响电网的安全性。

b 体系惯量

跟着风电机组并网容量占比的添加，传统的同步发电机组被异步发电机组所取代，随之导致电力体系的惯量下降。因为新动力设备自身的涉网功能较差，自身电压、频率耐受才能较低，极易引发功率动摇而导致频率扰动，引发机组脱网并引起连锁停机故障。例如某风电场35KV电缆馈线电缆头产生三相短路故障，同步导致周边多个风电场598台风电机组脱网，给电网的安稳运转和出力构成严重影响。

c 调峰难度增大

电力体系中的调峰是指经过对发电机组的调理操控，使电网的供需之间保持平衡，保持电网的安稳运转。传统的火力发电能够经过燃料的增减实时调理发电功率，虽呼应较慢但比较安稳。风电机组与之比较具有更高的呼应速度和更灵活的操控方法，可经过智能操控体系完成快速调理输出功率，但因为新动力的不安稳行，很难满意电网的调峰要求，极易导致电网供需失衡，引发电网故障。为此，需求添加能量储能技能、智能操控技能和精准的功率猜测体系等来完善机组的功率输出，下降调峰难度。

d 次同步振动问题   

风力发电机组的逆变器多选用电力电子设备进行调理，电力电子设备具有快速呼应特性，但也会改变电力体系的阻尼特性，引发次同步振动，这种振动通常在20-100HZ频率范围内，具有较大的振幅，次同步振动带来的过电压、过电流，对电力体系的安稳运转构成要挟。例如某地区风电场和火电机组出现了此同步振动，直接导致当地火电机组跳机。次同步振动不仅火电机组轴系疲劳损害，对风电机组内设备同样构成损坏。

1.2 风电并网晦气影响的解决办法

a 故障电压穿越技能

1、低电压穿越技能：风力发电机组并网点电压产生下跌时，风机能够保持并网，期间向电网供给正序无功电流和吸收电网负序无功电流支撑，直到电网康复。

低电压穿越期间，风力发电机组变流器转子侧过流，转子侧电流的添加会导致直流母线电压升高，影响体系安稳。为此需在转子侧添加crowbar卸荷回路来按捺转子侧过电流和约束直流母线过电压，保护变流器紧急脱网；一起在变流器中安装电容器，在低电压穿越期间供给容性无功电流，提升并网点电压，支撑电网康复。

2、高电压穿越技能：风力发电机组并网点电压升高时，风电机组在不同电压等级和继续时间内正常运转。高电压穿越会导致风力发电机组转子侧过电流和直流母线升高，为按捺过电流和过电压，可在直流母线侧加装chopper保护电路，一起变流器供给感性无功电流按捺并网点电压上升，支撑电网康复。

b 一次调频技能

电网频率动摇对用电设备的运用产生破坏，电网的频率是由发电功率与用电负荷巨细决议，发电功率与用电负荷巨细相等时，电网频率安稳；发电功率大于用电负荷时，电网频率升高；发电功率小于用电负荷时，电网频率下降。一次调频技能即是当电网频率产生动摇时，风电场经过矩阵体系能够主控调整自身功率输出，参与频率调理，完成体系频率安稳。

c 储能技能

储能体系在风力发电体系中具有重要的效果。不仅能够用于体系的快速频率调理，还可用于电力体系调峰。储能产品按照贮存能量的方法能够分为物理储能、电磁储能、电化学储能等。

1、物理储能

1）抽水蓄能：运用水的凹凸差构成的能量转化方法，经过电能与势能的相互转化，完成电能的存储办理。当用电负荷较低时，将电能用于抽水至上水库，在电力负荷顶峰时，放水至下水库经过涡轮机进行发电，抽水蓄能具有可调性好、动态呼应快、效率高和容量大等有点，当然也存在建造本钱低，能量损耗高级缺陷。

2）压缩空气储能：运用空气为储能介质，储能时经过空气压缩机将空气压缩至储气罐中，在需求开释能量是经过膨胀机开释，推进燃气轮机进行发电，此种方法的转化率可到达80%左右，比较电化学电池储能，具有寿命长、效率高和建造本钱低等有点。

3）飞轮储能：经过电力转化器将电能转化为动能，经过驱动电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的方法把能量贮存起来，完结电能到机械能转化的贮存能量进程，能量贮存在高速旋转的飞轮体中；能量贮存期间电机保持一个相对安稳安稳的转速，直到接收到一个能量开释的操控信号；在释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，及动能转化成电能，经过电力变频设备输出合适的电流与电压，完结机械能到电能转化的开释能量进程。整个飞轮储能体系完成了电能的输入、贮存和输出进程。飞轮储能体系具有呼应快、体积小、效率高级长处。

2、电磁储能

1）超导储能：运用超导体的超导特性将电能进行存储的进程，首要包括超导贮能器、超导磁能器和制冷体系三部分组成。超导贮能器由超导体制成的环形电感器，用于存储电能。超导磁能器由超导体制成的线圈，用于产生高强度的磁场，促进电能的存储和开释。制冷体系用于制作低温环境便于体系安稳运转。超导储能具有储能密度高、运用寿命长、能量开释快等长处，也存在制构本钱高、技能难度大等缺陷。

2）超级电容器储能：运用电场贮存能量的设备，由两个电极、电解质和隔离膜组成。在充放电进程中不产生化学反应。在两个电极施加磁场后，阴阳离子分别向正、负电极搬迁，累计后构成电势差，此电势差可经过极高的功率开释出来。超级电容器储能具有充放电速度快、运用寿命长等长处，缺陷是能量密度低、本钱高级。

3、电化学储能

1）锂电池储能：是一种正极由锂元素组成、负极由碳资料和非碳资料制成的电池。具有能量密度高、循环寿命长和功率密度大等长处，当然也存在生产本钱高、安全隐患等缺陷。锂电池储能开展时间长，是除抽水蓄能外占比较高的储能方法。

2）铅酸电池储能：选用硫酸溶液为电解质，经过构成氢氧化铅和二氧化铅的反应完成电能的充放电。其具有呼应速度快、制作和保护本钱低、安全性较高级长处。也存在一些约束和问题，如能量密度较低、无法完成大负荷的存储，存在自放电问题，长时间的存储会导致电能损失问题，一起铅酸电池存在有害物质，极易构成环境污染等问题。

3）氢储能电池：经过电力将电解水分化成氢气和氧气，贮存电力时分化的氢气和氧气经过化学反应变成水和电能，将电能进行存储，需求时开释用于电网调理和调峰。与传统储能方法比较，庆储能具有能量密度高、无污染、存储安稳且寿命较长等长处，当然也存在着制构本钱高和安全安稳性等缺陷。

1.3 储能体系在新动力机组和电网调理中的使用

a飞轮储能技能在调频体系中的使用

一次调频的原理是经过调理有功输出到达频率调理。传统的调频方法存在有功输出浪费和体系呼应慢等缺陷。而将飞轮储能技能能够完成在电网频率较高时，经过将多余的电能经过飞轮设备进行存储，以到达下降有功输出完成频率下降；当电网频率较低时，或许受限于风速的巨细无法完成经过供给有功输出来进步频率，能够经过飞轮储能开释电能完成频率的调理。此种方法不仅可完成频率的快速调理，也完成的电能的再运用，防止电能的损失，供给风力发电机组可运用率。图4为单机侧飞轮储能使用事宜图。

b 储能技能在调峰体系中的使用

    跟着时节和早晚用电负荷的不同，电网存在着用电顶峰期和低谷期阶段。但是风力发电受制于风能的巨细，有功输出不安稳，然后或许导致白天无电可用，夜间电能过剩现象。经过储能技能可完成当用电负荷供不应求时，经过开释储能体系的电能，进步电网有功输出，完成供需平衡；当电负荷供大于需时，经过储能体系存储电能，下降电网有功输出，以此来保证电网频率安稳，体系安全运转。

2、结语

    为应对新动力风电机组大规模并网给电网带来的影响，有必要进步风电机组并网技能。即可经过进步风电机组自身的低电压穿越、高电压穿越和频率适应性功能得以改造，也可经过外部设备如一次调频技能、储能技能、无功补偿技能、风功率猜测等技能操控电网体系给的电压、频率，完成电网的供需平衡，保证电网的安全和安稳运转。