風機三相不平衡：風電機組電能質(zhì)量技術(shù)

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(wǎng)電能質(zhì)量的一個重要指標，隨著人們對電能質(zhì)量要求的提高電壓不平衡問題正受到越來越多的關(guān)注。不平衡的電網(wǎng)電壓會影響接入設(shè)備的正常工作。而像片區(qū)的風力發(fā)電機場，電網(wǎng)電壓不

　　三相電壓不平衡度是衡量電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個重要指標，隨著人們對電能質(zhì)量要求的提高電壓不平衡問題正受到越來越多的關(guān)注。不平衡的電網(wǎng)電壓會影響接入設(shè)備的正常工作。而像片區(qū)的風力發(fā)電機場，電網(wǎng)電壓不平衡情況下，會造成運行中的電機系統(tǒng)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(shè)備的損壞，還會產(chǎn)生大量的搶修、檢修費用，影響生產(chǎn)和加工進度，造成巨大損失。另外電機的設(shè)備故障可能反過來對電網(wǎng)造成沖擊，廢品的產(chǎn)生、設(shè)備跳閘、生產(chǎn)線停滯運行、電網(wǎng)沖擊等等，對資產(chǎn)損失和區(qū)域經(jīng)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(fā)電機運行一般影響不大；但負序電壓將會使異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩減小，損耗增大，溫升上升，影響發(fā)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(zhuǎn)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(fā)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(jù)統(tǒng)計，3.5%的不平衡電壓使異步發(fā)電機的損耗增加約20%。因此，根據(jù)標準規(guī)定，異步發(fā)電機電源電壓的負序分量不應超過正序分量的1%；異步發(fā)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(wǎng)節(jié)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(nèi)部入手，這樣就存在兩種解決方式：一是站內(nèi)35kV集中電壓補償；二是在箱變低壓側(cè)690V分布式補償。無論是35kV集中電壓補償還是箱變低壓側(cè)補償，目前有兩種比較經(jīng)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(cè)或箱變低壓側(cè)690V無功補償采用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)，通過控制電感和電容的接入大小來實現(xiàn)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(fā)電狀態(tài)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(wǎng)支路的容性無功電流分量增加，電網(wǎng)等效電抗壓降增大，使得PCC節(jié)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(cè)還是低壓側(cè)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(gòu)成支路即可，結(jié)構(gòu)簡單，只需根據(jù)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(wǎng)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(wǎng)帶來較大的低次諧波污染，這在輸電上網(wǎng)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?shù)仉娋W(wǎng)公司的批準，另外實際運行效果還需要現(xiàn)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(wǎng)不穩(wěn)定風險。

　　低壓SVG補償方案：

　　圖2 低壓側(cè)SVG主電路拓撲

　　低壓側(cè)SVG方案是將三相逆變器結(jié)構(gòu)通過LC濾波電路與電網(wǎng)連接，首先檢測低壓側(cè)電網(wǎng)電壓，把電機端不平衡電壓分解為正序和負序分量，然后通過SVG把電機端的負序電壓控制為0，即通過SVG補償?shù)臒o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)電機端的電壓補償平衡。

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

　　根據(jù)以上分析，低壓側(cè)SVG方案來解決風電場風機的三相電流不平衡問題是一種非常好的選擇。