CN203398801U - 风力发电机组和风力发电站 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及风力发电机组和风力发电站,在同一条馈线并网发电的风电机组采用不同移相角度的变压器并网,利用变压器移相角度的不同,抵消非线性电流产生的谐波,从而降低了风电场的上网谐波。
Description
技术领域
本实用新型涉及风电场风电机组并网发电谐波治理方法,属于风电场并网控制技术领域。
背景技术
随着电力电子技术的成熟,新建风电场的机组发电过程大多是由电力电子逆变器控制,不论是双馈控制发电机转子励磁或者使用逆变器直接并网都存在由于脉宽调制产生的非线性谐波问题。虽然控制方法和逆变器IGBT开关频率的提升都可以减小谐波输出,但是基于控制方法的局限和提升IGBT开关频率所带来的损耗问题,有害谐波仍然需要借助其他方法加以抑制。
同时由于风电场大多采用单一型号机组,其在算法上的缺陷,也会在相同机组并网时相互叠加,放大算法上的缺陷带来的波形畸变量,如此在风电场的输出存在比常规电厂更大的波形畸变和丰富的谐波注入到电网,影响电网发电质量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种针对风电场并网发电输出谐波抑制的方案,用来降低由于电力电子逆变器控制的风电机组并网发电注入到电网中的有害谐波。提高风电场并网发电质量,减少风电场谐波对电网的干扰。同时还提供了一种风力发电机组和风力发电站系统构架。
为实现上述目的,本实用新型的方案包括:
风力发电机组,包括风力机、发电系统和用于连接电网的变压器,所述变压器为移相变压器。
风力发电站,包括至少两台空间相邻、型号相同的风力发电机组,每台风力发电机组包括风力机、发电系统和用于连接同一馈线的变压器,所述变压器为移相变压器,各风力发电机组所对应移相变压器的移相角度依次相差60/N,N为风力发电机组台数。N=5,各风力发电机组所对应移相变压器均为Yd11接法,移相角分别为-24°,-12°,0°,+12°,+24°。
在风电场风电机组多台集中馈线并网的普遍接线方式下,使用并网变压器移相方法,使产生在风电机组控制的谐波在馈线电网中相互抵消,降低风电场上网的谐波输出。
附图说明
图1是谐波抑制方案的系统原理图。
具体实施方式
本实用新型的风力发电机组主要构成与现有风力发电机组相同,从外形来讲,包括风轮、机舱、塔架和基础,从能量传递上来讲,依次包括风力机、发电系统和变压器,通过变压器连接电网,本实用新型的风力发电机组,变压器为移相变压器。发电系统包括发电机与PWM逆变器等电力电子设备。
进一步的,所述(2)中风电机组采用移相变压器并网,所特指的移相变压器均连接在一条馈线上,连接到一条馈线上的机组为空间相邻的同型号机组。
对于风力发电站(风电场)谐波抑制,应当根据风电机组地理环境条件,选择机组并网馈线,让相邻同型号机组联结到一条馈线上;使一条馈线上连接的上网机组变压器采用相同角度不同相位的移相变压器;移相变压器移相角度为角度对称分配,其中N为连接的机组台数。
即如图1,连接到一条馈线上的机组为空间相邻的同型号机组。5台机组分别对应的移相变压器为T1、T2、T3、T4、T5,T1-T5是相同角度不同相位的移相变压器。
本实施例中,移相变压器采用Yd11连接,将5台移相变压器二次侧各绕组相对于一次绕组的移相角列表如下:
当5台风电机组并联运行同时并网发电时,对其中一台机组一次相电流作傅里叶级数展开可得:
其中Id为风电机组控制逆变器中折算到移相变压器二次侧的等效直流电流,根据上式可以分别列出其他几台风机输出的电流:iA1、iA2、iA3、iA4、iA5。上网汇入电网中总电流iA=iA1+iA2+iA3+iA4+iA5。从这些式子可以看出,二次电流只有6k±1次谐波(k=0,1,2,…),如果称6k+1次谐波为正序谐波(含基波),称所有6k-1次谐波为负序谐波,则IA可以表示为iA=iA++iA-,其中:
各次电流的相位
由上表可以得出以下结论:
当k=0时,各电流分量重的基波分量相位相同,故以此侧电流中的基波同相位相叠加,不相抵消,同理可知,k=5时,电流分量中的29次,31次谐波相位相同,不会抵消。当k=1时,各电流分量中的5次,7次谐波分量中的W1和W5、W2、W4相位正好相反,故相互抵消,同理可知,k=2,k=3,k=4时情况相同,11次、13次;17次、19次;23次,25次谐波分量相互抵消,其幅值为0,电流分量最低次谐波次数为29次。
作为一般规律,由此可知,电网侧电流基波的有效值为:各次谐波为: 以m个相位一次相差π/3m的变压器分别由m个经由PWM控制调制的电路(PWM逆变器),其网侧电流仅含6mk±1次谐波,而且各次谐波电流的有效值与其谐波次数成反比。从而起到了并网发电谐波抑制的效果。
对于移相变压器设计,电网一次侧采用星型联结,风机发电机侧采用三角或者三角形延边设计。由于这样接线三个绕组中,三次及三次倍数的电压方向一致,发电机侧的三次及三次倍数谐波电压相互抵消,不会在电网侧形成电流,可以防止对电网的三次及三次的倍数谐波干扰。
风电场所产生的谐波主要是逆变器经过转子或者定子电流经逆变器逆变后注入到电网的功率中所含的谐波分量,这是一个发电过程所产生的。由于发电设备并网具有的相互独立性,所以文件中要求了风电机组之间的地理位置的相关性和机组之间的相互匹配性。
根据风功率时空差别对风电机组发电的影响,以及移相变压器制造工艺中匝数取整误差对变压器移相角度和电压幅值误差因素,本实用新型选用相邻机组不超过5台。在实际应用中,可以根据并在一条馈线的电网上风力发电机数来确定具体移相的角度。由于风力发电机的馈线连接一般都是就近原则,一般情况下,就近风力发电机由于空间上和时间上的差别小,发电机的风功率特性接近。因此有利于移相变压器移相连接降低谐波。但是由于随着变压器移相角度的细分,变压器在制造中会出现由于匝数的凑整原则,出现较大的误差(电压越低凑整误差越大),使得变压器不能达到计算中所要求的输出值,使得误差增加;另外,由于所连接的风机增多,势必造成空间差距的增大,风电机组所感应的风功率同一性也将有较大的变化,这也会造成并网风电机组较大的输出差别。实践证明,相邻五台机组具有较小的风功率误差。
Claims (3)
1.风力发电机组,包括风力机、发电系统和用于连接电网的变压器,其特征在于,所述变压器为移相变压器。
2.风力发电站,其特征在于,包括至少两台空间相邻、型号相同的风力发电机组,每台风力发电机组包括风力机、发电系统和用于连接同一馈线的变压器,所述变压器为移相变压器,各风力发电机组所对应移相变压器的移相角度依次相差60/N,N为风力发电机组台数。
3.根据权利要求2所述的风力发电站,其特征在于,N=5,各风力发电机组所对应移相变压器均为Yd11接法,移相角分别为-24°,-12°,0°,+12°,+24°。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103326365A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-09-25 | 国家电网公司 | 风电场谐波抑制方法、风力发电机组和风力发电站 |
CN108493944A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-04 | 国家电投集团宁夏能源铝业有限公司 | 一种基于遗传算法的公网/孤网联合运行移相角优化分配方法 |
CN108808728A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-13 | 天津大学 | 一种风力发电机组并网控制方法 |
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2013
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