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智能电网中的电力电子技术

取决于电流值和电网阻抗的值。功率的大幅波动造成电流的大幅变化，闪变的 程度与风电机组的功率等级关系密切。若一个有功功率为P的负载接在电网上， 则电流1为

单位时间的功率变化等效于电流增量

GB／T 37306.1-2019标准下载AI= △P Vcos

该电流增量流过电网阻抗引起一个电压降落，由此使电网电压降低并对用 户产生多种影响，比如供电功率下降或供电故障。此种电压降落在光源上很容 易察觉出来。

Pst = (t/T,)/3.

有些国家，如德国，对闪变评估有本国自已的评估条例。考虑到多个闪变 源的叠加作用，对于接人低压或中压等级电网的发电厂，将长期电压闪变限制 在Pit=0.46[24]。根据EN50160标准[25]，长期闪变在以一个星期为考核周期时， 95%的时间必须限制在最大Pl一1之内。不管有多少个闪变源，电力公司有责 任在他们所管辖的电网范围内把长期闪变限制在这个值以下。

[原文错为 Pr。 —译者注

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非正弦函数可以通过傅里叶变换展开成正弦函数和余弦函数分量。这些分 量的频率是基频的倍数，称为谐波。在欧洲输电系统中，基频50Hz是1次谐 波。基频的n整数倍即为n次谐波，基频的非整数倍称为间谐波，而低于基频 的间谐波称为次谐波。尽管各种谐波只是时间函数的一种数学分解，但实际上： 会用到“测量”谐波，因为测量装置内部进行了计算。谐波的含量描述了与理 想正弦函数偏离的程度。 产生谐波的原因

如果电流或电压是非正弦的，就会产生谐波。本质上，非线性负载、PWM 变流器产生的脉冲电压或开关操作都会使得电流或电压波形非正弦。由于谐波 的类型与它们的产生原因直接相关，根据测出的谐波推出它们产生的原因是可 能的。 只有当时间函数为半波不对称时，才会出现偶次谐波。这种不对称出现在

第11章风力发电系统接入电网

快速负载变化的暂态过程中，或者是电力电子变流器不对称控制的一种永久效 应。故障电流测量也会产生这种问题。以上所述的所有可能性都可以在风电机 组中出现。频率可变的周期性开关过程会产生次谐波。当开关频率与基波频率 不同步时，在周期性开关过程中会产生间谐波。这发生在低频和高频的开关过 程、电力电子变流器的非同步开关、矩阵式变流器或具有触发控制的装置中。 信号的特性与谐波分析结果之间存在一些确定的关系： （1）信号越陡，所产生的频率越高； （2）周期性信号的频谱是离散的： （3）非周期性信号的频谱是连续的

Z THD(I): I PWHD(I) I

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9. 6kHz = 5Hz d 1920

频率分辨率达到电网频率的1/10时比较有用，因为符合10个电网工频周期 时间段的要求。若测量通道联合使用一个模拟/数字转换器，频率分辨率会随着 通道的增多而降低。对于长期测量来说，设备的储存容量非常重要，这由选定 的频率分整率和测最时间决定

谐波的产生遵从如下已知的基本规律： （1）特征谐波为PWM变流器脉冲频率的整数倍； （2）电网换相的电力电子变流器产生的电流谐波次数由脉动数力决定：

n=mb士1 m=1, 2, 3,.

自换相和电网换相的变流器中通过基频和脉冲频率的调幅得到谐波边 间谐波f作为PWM变流器特征谐波的边频带出现，可以通过脉动数 频率f和谐波次数几计算得到

=n·50Hz士kpfi，k1，2，3，

fs(t)=2sin[(0.5wt)nJI，nER

THD(I)=THD(I)

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11.6.1装机数量及情况

2007年，全球海上风电场的装机容量已超过827MW，其中大部分在欧洲。 自前欧洲有超过45GW的海上风电场正在规划中，其中德国超过27GW，英国 超过10GW。同样，北美已规划了1GW的容量。这些数字表明，海上风电市场 将是这个世纪最成功的能源故事之一。目前全球海上风电分布中，欧洲占了数 量上的绝对优势，这是因为欧洲能够同时满足多个必要的海上条件：良好的风 速条件，海岸地面平坦，靠近电网连接点以及回购电价足够高。 海上风电技术的高经济效益是由海上极好的风况决定的，这使得每年的电 能产量比陆上风电场高一倍，而且不再占用陆上面积。但是，与陆上风电场不 同，海上风电场建设时需要付出更大的努力，而且还需要特殊的海上起重机。

11.6.2风电场设计

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得成功的话，则在第二阶段完成全功率项目。这使得在刚开始时很难决定合适 的输电系统。

压交流输电系统和高压直流输电系统的优缺

11. 7末来的要求和发展

11.7.1风电机组类型

第11章风力发电系统接入电网

考察能量转换链，在风电机组中只有机械能和电能之间的这一步转换是必 须的。根据这一概念，采用简单的标准同步发电机与液压齿轮箱相组合在未来 是有前途的。这种情况下，特殊设计的发电机或电力电子装置就不必要了，但 齿轮箱的效率必须与传统的齿轮箱一样高

11.7.2能管理、储存和通信

11.8经济与电价补贴

关于风电接人的电价问题存在两种经济政策。一种是基于某些法律的政策， 例如德国、西班牙和法国采用的，风电上网电价相对要高；另一种是采用配额 系统模型的政策，例如英国所采用的。最重要的参数是每干瓦时的上网电价 基于法律的电价政策使风电装机容量大幅度上升。由于更高的技术和财务风险 海上风电装机低于预期的发展水平。在过去的15年里，每千瓦的装机成本已下 降了50%，从原来的1600欧元/kW下降到了800欧元/kW，这与兆瓦级的标准 风电机组密切相关。新开发的风电机组，特别是海上风电机组，由于需要更高

第11章风力发电系统接入电网

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光伏（PV）是理论上最具潜力的可再生能源技术。2006年世界范围内的装 机容量是5.86GWp，其中2860MW.安装在德国，1709MW。安装在日本， 624MW，安装在美国L1。这三个国家的光伏装机容量占全世界总容量的89%以 上。功率中的下标p表示在温度为25℃、太阳辐照为1000W/m的标准化安装 时的峰值。由于上网电价的增加，大多数的光伏电站工作在并网状态。燃料电 池（FC）系统与光伏系统具有类似的输出特性，因此燃料电池也在本章讨论。 燃料电池与光伏发电一样，输出的也是直流，必须通过电力电子变流器将其转 化为交流。燃料电池在电力系统中有多种用途，并被用于汽车和其他移动技术 中；它的一个重要优势是不存在危险物质排放。2006年，世界范围内燃料电池 的总装机容量为85MW，其中美国为40.8MW，欧盟为17.1MW（主要在德 国），日本为9.9MWL2.3]

12. 2. 1系统概述

2章光伏电站和燃料电池系统接入

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所有未来的发展都集中在降低整个系统的成本上，而焦点集中在降低电池 和组件的特定生产成本（欧元/kW。）上，因为它是整个系统成本的主要部分。 为此，采取了两种策略的结合：第一种策略是优化生产过程，而第二种策略是 提高电池效率，两种策略都希望通过使用新技术来实现。优化的电池生产过程 对晶体型电池意味着更少的锯割废料，对薄膜型电池意味着更好的气相表面涂 会，这样就能更好地使用昂贵的硅材料。同样，由于两个或多个相互重叠的主 动吸收层的作用，使得级联型电池具有很高的能量转换率，使用这种电池可以 大大提高电池的效率。 从电网的角度来看，光伏系统将对能量系统的根本性改变作出越来越多的 责献。这种改变的方向是无污染、具有新的控制手段的分布式电源以及高的可 用率。输出功率不连续的缺点必须通过使用新的可再生技术以及改进储能技术 来克服。

12. 2. 12经济性

4.6kVA），而更大容量的单元必须对称地接入三相系统20）。 在低电压等级，系统的运行会受到上游配电网电能质量的严重影响。当发 生短路或停电事故时，为了防止构成孤岛运行，燃料电池系统必须立刻通过自 动断路器与电网断开。 然而，方面采用非常敏感的电压、频率和/或阻抗监视来检测故障非常必 要；另一方面，在电能质量指标很差的情况下，也可能会导致一些误断开。与 光伏组件或电池等没有液体的发电装置相反，这些计划外的误断开会引起燃料 电池单元从运行状态向空载状态转移，在减少燃料输入的情况下同时保持相关 环节的运行温度，而这是很难做到的。 自前大多数的燃料电池系统开发是打算给热电联产（CHP）使用的，其中 持定用户的能源需求（部分）包括供热和发电，这样与单独发电相比，通常能 够达到更高的系统整体效率。燃料电池单元的热输出，可用于室内供暖、热水 蒸汽发电、工业过程以及用于冷却和空调等目的（需要加装由废热驱动的吸收 制冷机）。 根据终端用户能量需求的具体特点，又由于电力负荷和热力负荷随时间变 化的曲线不同，因而对运行条件有一些特定的要求。由于热电联产单元的电力 输出和热力输出是直接耦合的，因此必须考虑如下的运行方案： （1）功率受控运行模式：燃料电池单元的额定输出功率按照用户的用电 需求进行优化，而运行模式跟踪用户的电力负荷曲线。非常陡哨的尖峰负荷 可采用附加装置或通过电网来缓冲。而生成的热量通常用来供给高容量储热 系统。 （2）热量受控运行模式：燃料电池单元的设计针对预期的热量需求进行优 化，而运行模式跟踪用户的热负荷曲线。为了全部满足用户的需求（包括尖峰 负荷），通常需要添加额外的燃烧炉和储热设备。而配电网被用作为一种虚拟的 电力存储器，它从热电联产单元中收集过剩的电能，并将剩余的电能传送给 用户。 由于技术和经济的原因，目前大多数的静止式燃料电池系统是按照热量受 控运行模式设计的。如果未来分布式热电联产发电机得到更广泛应用的话，对 配电网的设计和运行会提出一些特殊的要求。在电力消耗低的时间段，热量受 控运行模式会在电网的特定区域引起电力过剩，这些电力必须被传递到上一级 电压水平的网络上。而另一方面，在热量需求低的时间期（例如夏天），当地的 电力消耗几乎全部由电网来承担。这些对分层结构配电网传统潮流概念的改变， 引出了新的技术要求，特别是在低电压等级上的变压器控制、故障检测和电网 监视。

PEMFC一质子交换膜燃料电池，DMFC一直接甲醇燃料电池，PAFC一磷酸燃料电池，MCFC 熔融碳酸盐燃料电池，SOFC一固体氧化物燃料电池塔吊基础施工方案，

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