風機三相不平衡：風電機組電能質量技術

2017-11-16 16:51:29 每日風電　點擊量：評論 (0)

　　三相電壓不平衡度是衡量電網電能質量的一個重要指標，隨著人們對電能質量要求的提高電壓不平衡問題正受到越來越多的關注。不平衡的電網電壓會影響接入設備的正常工作。而像片區的風力發電機場，電網電壓不

　　三相電壓不平衡度是衡量電網電能質量的一個重要指標，隨著人們對電能質量要求的提高電壓不平衡問題正受到越來越多的關注。不平衡的電網電壓會影響接入設備的正常工作。而像片區的風力發電機場，電網電壓不平衡情況下，會造成運行中的電機系統過流，不對稱運行等，嚴重情況下要求停機，而非計劃的停機不僅可能帶來設備的損壞，還會產生大量的搶修、檢修費用，影響生產和加工進度，造成巨大損失。另外電機的設備故障可能反過來對電網造成沖擊，廢品的產生、設備跳閘、生產線停滯運行、電網沖擊等等，對資產損失和區域經濟造成嚴重影響。

　　三相電壓不對稱時，可利用對稱分量法將電壓分解成正序、負序和零序分量。當定子繞組為三角形接法時，零序電壓對異步發電機運行一般影響不大；但負序電壓將會使異步發電機的轉矩減小，損耗增大，溫升上升，影響發電機的壽命，嚴重地影響了風電機組的壽命，特別是負序分量引起的附加轉矩會導致機組振動異常，對齒輪型、主軸、軸承等造成疲勞損耗，影響其壽命。所以對風電機組三相電源的電壓不平衡度必須有一定限制。

　　表1 電壓不平衡率對異步發電機電流不平衡率的影響

　　不對稱電壓將造成三相電流不對稱，其電流不平衡率為電壓不平衡率的7～10倍（見上表）。據統計，3.5%的不平衡電壓使異步發電機的損耗增加約20%。因此，根據標準規定，異步發電機電源電壓的負序分量不應超過正序分量的1%；異步發電機任意一相的電流與三相電流平均值之差不應超過平均值的10%。

　　風機三相電流不平衡的主要原因就是并網節點三相電壓不平衡引起的。解決風機三相電流不平衡的思路只能從風電場內部入手，這樣就存在兩種解決方式：一是站內35kV集中電壓補償；二是在箱變低壓側690V分布式補償。無論是35kV集中電壓補償還是箱變低壓側補償，目前有兩種比較經濟的方案可以選擇：SVC和SVG無功補償方案。

　　SVC無功補償方案：

　　無論是35kV高壓側或箱變低壓側690V無功補償采用SVC結構，其基本原理是一樣的，都是直接采用晶閘管和電感、電容的組合結構，通過控制電感和電容的接入大小來實現容性無功和感性無功的補償。

　　圖1 無功補償裝置SVC主電路拓撲

　　如圖1所示的主電路拓撲，三相電壓均進行實施檢測，例如當A相電壓高于三相電壓的平均值，且電機運行在發電狀態時，控制A相電容支路的晶閘管開通角度，電容支路提供無功支撐，A相電網支路的容性無功電流分量增加，電網等效電抗壓降增大，使得PCC節點電壓降低，直至達到三相平均值。

　　SVC補償方案成本較低，無論是高壓側還是低壓側補償方案整體成本大概在400-600萬左右，只需要晶閘管和電感電容構成支路即可，結構簡單，只需根據不平衡電壓大小進行分相的晶閘管導通角控制。SVC補償方案是依賴于電網的等效阻抗進行補償，適應性低。另外導通角控制方式會給電網帶來較大的低次諧波污染，這在輸電上網過程中是不允許的。另外SVC補償方案從理論上是可行的，但是采用高壓不平衡電壓補償方式時還需要得到當地電網公司的批準，另外實際運行效果還需要現場運行驗證，實際利用來補償不平衡電壓部分的容量利用有限，同時還要防止存在無功過補所帶來的電網不穩定風險。

　　低壓SVG補償方案：

　　圖2 低壓側SVG主電路拓撲