風(fēng)機(jī)三相不平衡：風(fēng)電機(jī)組電能質(zhì)量技術(shù)

2017-11-16 16:51:29 每日風(fēng)電　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

　　三相電壓不平衡度是衡量電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，隨著人們對(duì)電能質(zhì)量要求的提高電壓不平衡問(wèn)題正受到越來(lái)越多的關(guān)注。不平衡的電網(wǎng)電壓會(huì)影響接入設(shè)備的正常工作。而像片區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)場(chǎng)，電網(wǎng)電壓不平衡情況下，會(huì)造成運(yùn)行中的電機(jī)系統(tǒng)過(guò)流，不對(duì)稱運(yùn)行等，嚴(yán)重情況下要求停機(jī)，而非計(jì)劃的停機(jī)不僅可能帶來(lái)設(shè)備的損壞，還會(huì)產(chǎn)生大量的搶修、檢修費(fèi)用，影響生產(chǎn)和加工進(jìn)度，造成巨大損失。另外電機(jī)的設(shè)備故障可能反過(guò)來(lái)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，廢品的產(chǎn)生、設(shè)備跳閘、生產(chǎn)線停滯運(yùn)行、電網(wǎng)沖擊等等，對(duì)資產(chǎn)損失和區(qū)域經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重影響。

　　三相電壓不對(duì)稱時(shí)，可利用對(duì)稱分量法將電壓分解成正序、負(fù)序和零序分量。當(dāng)定子繞組為三角形接法時(shí)，零序電壓對(duì)異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行一般影響不大；但負(fù)序電壓將會(huì)使異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小，損耗增大，溫升上升，影響發(fā)電機(jī)的壽命，嚴(yán)重地影響了風(fēng)電機(jī)組的壽命，特別是負(fù)序分量引起的附加轉(zhuǎn)矩會(huì)導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)異常，對(duì)齒輪型、主軸、軸承等造成疲勞損耗，影響其壽命。所以對(duì)風(fēng)電機(jī)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(duì)異步發(fā)電機(jī)電流不平衡率的影響

　　不對(duì)稱電壓將造成三相電流不對(duì)稱，其電流不平衡率為電壓不平衡率的7～10倍（見上表）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，3.5%的不平衡電壓使異步發(fā)電機(jī)的損耗增加約20%。因此，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，異步發(fā)電機(jī)電源電壓的負(fù)序分量不應(yīng)超過(guò)正序分量的1%；異步發(fā)電機(jī)任意一相的電流與三相電流平均值之差不應(yīng)超過(guò)平均值的10%。

　　風(fēng)機(jī)三相電流不平衡的主要原因就是并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)三相電壓不平衡引起的。解決風(fēng)機(jī)三相電流不平衡的思路只能從風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部入手，這樣就存在兩種解決方式：一是站內(nèi)35kV集中電壓補(bǔ)償；二是在箱變低壓側(cè)690V分布式補(bǔ)償。無(wú)論是35kV集中電壓補(bǔ)償還是箱變低壓側(cè)補(bǔ)償，目前有兩種比較經(jīng)濟(jì)的方案可以選擇：SVC和SVG無(wú)功補(bǔ)償方案。

　　SVC無(wú)功補(bǔ)償方案：

　　無(wú)論是35kV高壓側(cè)或箱變低壓側(cè)690V無(wú)功補(bǔ)償采用SVC結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，通過(guò)控制電感和電容的接入大小來(lái)實(shí)現(xiàn)容性無(wú)功和感性無(wú)功的補(bǔ)償。

　　圖1 無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC主電路拓?fù)?/span>

　　如圖1所示的主電路拓?fù)洌嚯妷壕M(jìn)行實(shí)施檢測(cè)，例如當(dāng)A相電壓高于三相電壓的平均值，且電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，控制A相電容支路的晶閘管開通角度，電容支路提供無(wú)功支撐，A相電網(wǎng)支路的容性無(wú)功電流分量增加，電網(wǎng)等效電抗壓降增大，使得PCC節(jié)點(diǎn)電壓降低，直至達(dá)到三相平均值。

　　SVC補(bǔ)償方案成本較低，無(wú)論是高壓側(cè)還是低壓側(cè)補(bǔ)償方案整體成本大概在400-600萬(wàn)左右，只需要晶閘管和電感電容構(gòu)成支路即可，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需根據(jù)不平衡電壓大小進(jìn)行分相的晶閘管導(dǎo)通角控制。SVC補(bǔ)償方案是依賴于電網(wǎng)的等效阻抗進(jìn)行補(bǔ)償，適應(yīng)性低。另外導(dǎo)通角控制方式會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)較大的低次諧波污染，這在輸電上網(wǎng)過(guò)程中是不允許的。另外SVC補(bǔ)償方案從理論上是可行的，但是采用高壓不平衡電壓補(bǔ)償方式時(shí)還需要得到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司的批準(zhǔn)，另外實(shí)際運(yùn)行效果還需要現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行驗(yàn)證，實(shí)際利用來(lái)補(bǔ)償不平衡電壓部分的容量利用有限，同時(shí)還要防止存在無(wú)功過(guò)補(bǔ)所帶來(lái)的電網(wǎng)不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。

　　低壓SVG補(bǔ)償方案：

　　圖2 低壓側(cè)SVG主電路拓?fù)?/span>

　　低壓側(cè)SVG方案是將三相逆變器結(jié)構(gòu)通過(guò)LC濾波電路與電網(wǎng)連接，首先檢測(cè)低壓側(cè)電網(wǎng)電壓，把電機(jī)端不平衡電壓分解為正序和負(fù)序分量，然后通過(guò)SVG把電機(jī)端的負(fù)序電壓控制為0，即通過(guò)SVG補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流在站內(nèi)箱變變壓器漏抗上的壓降不一樣把箱變低壓側(cè)電機(jī)端的電壓補(bǔ)償平衡。

　　SVG補(bǔ)償方案補(bǔ)償?shù)碾娏鳛闊o(wú)功電流，不吸收電網(wǎng)的有功功率，效率高，都能夠?qū)﹄娋W(wǎng)電壓進(jìn)行線性補(bǔ)償。但從經(jīng)濟(jì)成本上看，低壓側(cè)SVG補(bǔ)償方案要比高壓側(cè)SVC補(bǔ)償方案成本要低，而且安裝不占額外空間，可以直接放入塔筒內(nèi)，維護(hù)方便。

　　根據(jù)以上分析，低壓側(cè)SVG方案來(lái)解決風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)的三相電流不平衡問(wèn)題是一種非常好的選擇。

責(zé)任編輯：lixin

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