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风力发电的电能质量分析

摘要：随着风电接入电网的规模逐步增加，风电对局部电网的电能质量影响日

益显著。风能的波动性和间歇性以及风电机组本身的运行特性使风电机组输出波

动功率，波动功率的输出会造成电压波动和闪变问题。同时，风电机组中电力电

子器件的广泛应用导致谐波、间谐波等问题出现。而电能质量问题直接关系到风

电场的正常运行，对风电电能质量进行深入研究有着十分重要的意义。本文从风

电机组和风电场两个层次分析风力发电的电能质量问题。

关键词：风电；电压偏差；电压波动；电压闪变；谐波

电能质量及其影响1

常规的电能质量描述的是通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想

状态的公用电网应以恒定频率、正弦波形的标准电压对用户供电。在三相交流系

统中，还要求各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120°。但由于

系统中的发电机、变压器、输电线路和各种设备的非线性或不对称，以及运行操

作、外来干扰和各种故障等原因，破坏了这种理想状态，因此也就产生了电能质

量的概念［1］。从工程实用角度出发，电能质量包括电压质量、电流质量、供

电质量及用电质量。针对风力发电的电能质量问题，本文主要分析电压偏差、电

压波动和闪变以及谐波问题。

电压偏差1.1

1.1.1电压偏差的概念

电压偏差的1.1.2危害

电力系统在正常运行状态下，机组或负荷的投切所引起的系统电压偏差一般不大于10％。

电压偏差过大对用电设备及电网的安全稳定和经济运行都会产生以下危害。

（1）系统运行电压偏低时，输电线路的功率极限大幅度降低，可能产生系统频率不稳定，

甚至导致系统频率崩溃。

（2）系统运行电压偏低时，使电网的有功损耗、无功损耗及电压损耗增加。

（3）系统运行电压偏高时，系统中各种电气设备的绝缘受损，使带铁心的设备饱和，产

生谐波，并可能引发铁磁谐振。

（4）照明用电设备的运行性能恶化，降低设备使用寿命。

（5）降低家用电器的使用效率和使用寿命。

（6）导致系统中大量使用的异步电动机绕组温度升高，绝缘老化或者击穿，缩短电动机

使用寿命，甚至烧毁电动机。

电压波动和闪变1.2

1.2.1电压波动与闪变的概念

电压闪变是由电压波动引起人眼对灯光闪烁的主观感觉。人对光照度波动的最大觉察频

率范围不会超过0.05～35Hz，这两个频率限值均称为截止频率。

1.2.2电压波动和闪变的危害

电压波动和闪变会引起多种危害。

（1）造成直接与波动电源相连的电动机转速不稳定，频繁产生加速与制动，由此可能影

响产品质量，严重时危及设备的安全运行。

（2）对电压波动较敏感的工艺过程、试验结果产生不良影响。

（3）导致以电压相位角为控制指令的系统控制功能紊乱，致使电子设备非正常工作。

（4）致使设备、电子仪器、计算机系统及自动控制系统不能正常工作，乃至受到损坏。

（5）引起照明光源的闪烁，导致人的视觉疲劳。

（6）导致视频设备画面亮度频繁变化，以及垂直和水平幅度摆动。

谐波1.3

理想电力系统电能应具有单一频率、单一波形。随着超大容量的电力电子装置在电力系

统中广泛应用，不可避免地产生谐波电流，这对电力系统的安全、优质、经济运行构成潜在

的威胁。

1.3.1谐波的概念

国际标准中对谐波的定义是“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的

整数倍。”故谐波又称为高次谐波。实际工程中，有些用电负荷会出现非工频频率整数倍的周

期性电流的波动，称为分数谐波，或者称为间谐波。低于工频的间谐波又称为次谐波。

畸变波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度，以总谐波畸变率THD表示。它等于各次谐

波均方根值的平方和的平方根值与基波均方根值的百分比。电流总谐波畸变率THD表示为

1.3.2谐波的危害

谐波对电力系统的危害主要表现在以下几个方面。

（1）对电网运行会增加无功损耗、产生谐波电压降，以及由串联和并联谐振引起的谐波

水平的放大。

（2）使发电机、变压器、电动机、补偿电容器及架空线路、电缆产生附加热效应。

（3）致使继电器动作失误、增加测量表计的测量误差。

（4）会造成自动装置工作不正常，引起通信干扰。

（5）致使一些电气设备产生机械振动。

（6）损坏家用电器