风力发电中英文翻译

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1、风力发电对电力系统的影响简奥斯丁，费力克斯（电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，纽约市曼哈顿区）摘要风力发电依赖于气象条件，并逐渐以大型风电场的形式并入电网，给电网带来各 种影响。电网并未专门设计用来接入风电，因此如果要保持现有的电力供应标准，不 可避免地需要进行一些相应的调整。讨论了在风电场并网时遇到的各种问题。由于风 力发电具有大容量、动态和随机的特性，它给电力系统的有功/无功潮流、电压、系统 稳定性、电能质量、短路容量、频率和保护等方面带来影响。针对这些问题提出了相 应的解决建议和措施，以及更好利用风力发电。关键词：风力发电；电力系统；影响；风电场1.引言人们普遍接受，可再生能源

2、发电是未来电力的供应。由于电力需求快速增长，对 以化石燃料为基础的发电是不可持续的。正相反，风力发电作为一种有前途的可再生 能源受到了很多关注。当由于工业的发展和在世界大部分地区的经济增长而发电的消 费需求一直稳步增长时，它有减少排放和降低不可替代的燃料储备消耗的潜力。当大型风电场（几百兆瓦）是一个主流时，风力发电越来越更受欢迎。2006 年间 世界风能装机容量从 2005年的 59091兆瓦达到 74223兆瓦。在 2006 年极大的生长表 明，决策者开始重视的风能发展能够带来的好处。由于到 2020 年 12%的供电来于 1250GW 的安装风电装机，将节约累积 10771000000 吨

3、二氧化碳1。大型风电场的电力系统具有很高的容量，动态随机性能，这将会挑战系统的安全 性和可靠性。而提供电力系统清洁能源的同时，风农场也会带来一些对电力系统不利 的因素。风力发电的扩展和风电在电力系统的比重增加，影响将很可能成为风力集成 的技术性壁垒。因此，应该探讨其影响和提出克服这些问题的对策。2.风力发电发展现状从全球风能委员会（GWEC）的报告中，拥有最高装机容量总数的国家是德国（20621兆瓦），西班牙（11615 兆瓦），美国（11603兆瓦），印度（6270 兆瓦）和丹麦（3136兆瓦）。世界范围内十三个国家现在可以算是达到1000兆瓦的风力发电能力，法国和 加拿大在2006达到这一

4、阈值。如图1所示，直到2006年12月世界累计装机容量前10 名 2 。w di IdFranPortuIndiC liiiijiDeaumikC1 口untry Total 冒叩現c：ity/MW Xlarket .hare dCrtlTLLspy20石耳J7.8SpamH 61515.6US11血15.6India270S4巧*n m3 rV3 1364.2Chia?2X43.5Italy212?2.9UK1如2 6PorfiizaJ17162 3P raace1旳2.1Top 10-Toral6J217S5.2Rd of th world 11 (XM14.8World tctal74

5、32；图 1 到 2006 年 12 月世界累计装机容量中国开始发展风电很晚。只有在90年代它才走向市场化的发展和规模建设。这些年新增累积装机容量如图2显示。单一机组容量从100千瓦， 200千瓦， 300千瓦600 千瓦，750 千瓦，1500 千瓦逐步增加。 Newly-added msliled! capacity; AccuiiiLilaTiT installed capacity口Qgta IM-SIM图 2 在中国累计和新增加安装的风力发电能力在 2006 年中国通过安装风能的 1347 兆瓦，增加了一倍以上的总量容量，比去年 的数值增长了70%。这给中国带来多达2604 兆瓦的能

6、力，使中国成为世界第六个最大 的市场。中国市场在 2006 年大幅增长，这预计将继续增长并加快增长。根据经批准的 和在建设中的项目，在 2007 年将安装超过1500 兆瓦。到 2010 年底在中国的风电目标 为 5000 兆瓦 3 。3. 风力发电项目的特点从风能的角度来看，风能资源的最显特点是其变化性。风电场输出的随机变化主 要根源于风速的波动和方向。无论是地理性和时间性，风是很易变的。此外，无论是 在空间和时间上，这种变化性持续的范围非常广泛。图 3. 布鲁克海文国家实验室工作的基础上的农场风谱图由于时间和高度的功能，风速不断变化。风变化的时间尺度显示在图 3 的风力频 谱图上4。在一秒

7、到分钟的范围阵风引起动荡的高峰。每日的峰值取决于每天的风速 变化和天气高峰取决于天气变化，通常因每天或每周而异，但也包括季节性周期。从电力系统的角度来看，湍流高峰可能会影响风力发电的电能质量。然而，昼夜 和天气的高峰，可能会影响长期的电力系统的平衡，在这样的系统中风速预测起着显 著作用。另一个重要问题是风能资源的长期变化。应知道加速到中心高度的风来计算风电场的输出。大量风速测量表明，风速在一年中大多数是柔和的，介于 0 和 25 米/秒的概率是相当大的；年均风速受制于威布尔分布5，如公式（1）。(1)其中：V是平均风速；k为形状参数；c是尺度参数。风力发电机的输出之间的关系PW和风速集线器V的

8、高度可以近似表示为风力发电 机的输出与风速或分段函数的曲线，如公式（2）。(VVC0)(2)Pr ( VC1VVR)其中：PW是额定功率的风力发电机组的输出；V是风速达枢纽的高度VCI是停机 风速； VCO 被切出风速； VR 被评为风速。4. 风力发电对电力系统的影响在电力系统中风力发电面临大型风电场对电网一体化的基本技术限制。风力发电 对电力系统的影响包括有效功和无效功，电压，系统稳定性，电能质量，短路容量和 基础设施的特点由于高容量的风力发电的动态和随机性能。在技术上，它通过以下方 式影响和必须详细研究：（1）有功和无功流风力发电是一个间歇性和随机的电源，将功率流复杂化。由于为了捕获更多

9、的风 能能源，许多风电场建成远离负荷中心，总有传输风力发电一些的障碍。当引进额外 的风力发电时一些传输或配电线路和其他电气设备可能过载。因此，应确保互相连接 传输或配电线路不过载。有功和无功要求，都应予以调查。无功功率应不仅在PCC中 产生，但也通过整个网络产生，并应本地补偿6。用于常规发电机的分析的方法是确定的，而忽略了不确定性的风速和负荷预测。 因此，概率性的方法是比较适合风力发电的。约束以概率形式描述，并且预期参数值 如电压和功率，可以被计算。（2）电压调节一旦风电场已经确定了其地点，连接到电网的点必须确定。对于小型风力发电场 可以在低电压下连接，从而节省了开关设备、电缆和变压器的成本。

10、如果拟议的发展 规模太大导致不可以与当地分布电压的连接，进而不能满足较高的电压传输网络的需 要7。在电力系统中随着风力发电安装容量的增加，风力发电的变化引起电压变化，特 别是如果并入电网，这可能不是专门设计用于迎合重要和可能快速变化的负载，这是 由风力发电变化引起的。因此，需要采取监管措施，使电压保持在指定的范围内。然 而，为了控制电压，这可能导致增加对无功功率的辅助服务8。（3）系统的稳定性在风力发电的电力系统中，电压稳定和频率的稳定性都受到风功率集成影响，这 不仅是因为风力发电的加入将改变流量分布，也因为风力发电机与传统的同步机无论 是在稳态或瞬态状态时相比表现不同9。对于目前的风力发电场

11、，当发生干扰时，保护操作通常是切断风电场之间的连接 电网。因此，在这种时刻的暂态稳定是非常重要的，尤其是当大型风电场的有机结合 时最为重要。然而，由于电网结构，风也可能使电源集成系统的瞬态稳定性差。因此 不同的电力系统，暂态稳定性应分别进行分析。固定速度的风力涡轮机输出有功功率时，它吸收无功功率。“风电场无功功率的整 体需求是相当大，从而导致减少在 PCC 附近地区的电压稳定。与此相反，双馈变速风 力发电机组对无功功率有一定的控制能力。根据不同的操作和控制计划，这种风力发 电机组可以吸收或输出无功功率控制电压，有利于电压稳定。电压稳定也与短路容量 相关，传输的PCC行比R / X和在风力发电场

12、使用的无功补偿方法有关。（4）电能质量风力发电的波动和相关电源（AC或DC）的传输、供电质量有直接的影响。结果， 大量的电压波动，可能会导致电压在调控范围外变化，以及违反闪烁和其他电源的质 量标准。在连续的运行和开关操作，风力发电机组，引起电压波动和闪烁，这些因素 是风力发电影响电网电能质量的主要因素。对于变速风力涡轮机和恒定频率，转换器 造成的谐波问题，也应考虑。风力涡轮机对电网干扰有不同的原因，其中大多原因是风力机本体。有关参数列 于表 110。平均发电量，湍流强度及风切变与气象和地理条件因素相关。所有其他的 原因不仅归咎于电器元件的特点，如发电机，变压器等，也是转子和传动系统的空气 动力

13、学和机械性能的原因。涡轮形式（即变量与主要固定的速度档位与节距调节）对 风力涡轮机和风力发电场的电能质量特性有重要性。闪烁是由风力发电机组的有功功率或无功功率的的波动造成的。固定速度的风力 发电机闪烁的主要原因是塔的尾流。而变速风力发电机，平滑了快速功率波动， 塔的尾流不影响输出功率。因此，变速风力发电机组的闪烁一般比定速闪烁风力 发电机低。表 1.风力发电机和风力发电厂对电网造成的影响参数原因电压升高电能生产电压波动和闪烁开关操作塔影效应 叶片调节误差 偏航误差 风切变风速波动谐波变频器晶闸管控制器电压峰值和谷值开关操作5）短路容量往往是大多数的风力发电场远离负荷中心建造，这意味着他们之间和

14、其他间的电 力系统的电气之间的距离，是相当远的。有一常理说，长电距离，使电压变化较大， 但短路问题少11。然而，风力发电场将能够给未来的电力系统运行的短路电流计算带来越来越重要 的影响。原因是双重的。一个是上述的事实，风力发电网站通常是远离的传统的电力中心。这意味着短路电流的分布可能产生了很大的变化，导致一个完全不同 的短路容量地图。其他事实的原因是，今天，越来越多的风力发电，特别是以所谓的 大型风力发电场（数百兆瓦）的形式。在风电场大量的个别单位连接在一起，总代能 力将大大上升。风电场对相邻节点短路能力有很大影响，然而对远离 PCC 节点的影响不大9。因 此，当具有大容量的风场并入电网时，相

15、邻变压器和交换机的容量可能需要增加。应 该进一步研究的是：如何判断风力发电对现有网络上的电气设备短路电流额定值的影 响。（6）频率调整 为了在规定的标准范围内控制电力系统频率，要求一些发电厂向电网公司提供频 率控制配套服务。然而，风力发电量总额的增加，其变化频率输出是一个很重要的影 响8。7）保护电流在风电场和电网之间的流动是双向的，这是在保护的设计和配置应予以考虑 的。无论风力发电机采用何种发电机，风电场的整合将增加电网故障水平，进而影响 原有的电网保护装置继电器的设置。这可能需要增加新的保护装置或修改原有保护设 备的继电器的设置。尤其是如果风电场连接到分配网络，断路器可能在风电场装机容 量增加时产生超负荷8。5.减轻风力发电的影响的对策无功补偿设备的应用，如静止无功补偿（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM）在 风力发电中减轻其对电力系统的影响起着重要作用。为了保持电压等级，电网公司可 以提供额外的或升级的电压控制设施。无功补偿设备应该安装在风电场升压变电站， 这具有快速响应特性，并且可不断调节，如在SVC和STATCOM等。为了减