风力发电并网方式的
风力发电机组并网控制与功率协调技术
风力发电机组并网控制与功率协调技术随着资源的匮乏和环境保护的呼声日益高涨，可再生能源成为热门话题。
风力发电作为其中的重要一环，其并网控制与功率协调技术的研究和应用显得尤为重要。
下文将从风力发电机组的并网控制和功率协调两个角度进行论述，展示风力发电的发展现状和未来趋势。
1. 风力发电机组的并网控制技术风力发电机组的并网控制是指将风力发电机组的电能输出与电网进行连接，实现发电功率的传输和利用。
1.1 并网方式及控制策略目前，常见的风力发电并网方式有直驱式和机械变速器式。
直驱式风力发电机组将风轮与发电机直接连接，无需机械传动装置，具有结构简单和可靠性高的优点。
而机械变速器式则通过机械变速装置将风轮的转速与发电机的额定转速匹配，提高发电效率。
在风力发电机组的并网控制中，需考虑风速、电网频率和功率等因素。
根据这些因素的变化，可以采用最大功率点跟踪(PPT)和恒速控制等策略，实现发电机组的最佳工作状态和最大发电功率输出。
1.2 并网保护与电网稳定性风力发电机组并网时，需考虑对电网的保护和稳定性。
并网保护主要包括过流保护、过频保护和过压保护等，通过在风力发电机组并网过程中监测和控制这些保护参数，确保电网运行的安全可靠。
另外，风力发电机组并网还需关注电网稳定性。
由于风力发电机组输出功率的波动性，可能会对电网频率和电压产生影响。
因此，需要通过有功和无功功率的控制，实现风力发电机组与电网的无缝衔接，提高电网的稳定性。
2. 风力发电机组的功率协调技术风力发电机组的功率协调是指通过合理的控制手段，使不同风力发电机组之间的功率输出协调一致，提高整个风电场的发电效率。
2.1 多机组的功率协调在大型风电场中，通常会有多台风力发电机组并列运行。
为了协调多机组之间的功率输出，减小风力发电机组之间的相互影响，可以采用功率控制策略。
这些策略主要包括基于功率参考值的PID控制、模型预测控制(MPC)和群控制等。
2.2 风电场的功率调度风电场的功率调度是指根据电网需求和风力资源情况，合理分配和利用风力发电机组的功率输出。
变速恒频风力发电机空载并网控制
变速恒频风力发电机空载并网控制随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，得到了广泛应用。
在风力发电机组中，变速恒频风力发电机是一种常见的类型。
本文将重点探讨变速恒频风力发电机空载并网控制的原理、优缺点及应用。
变速恒频风力发电机组是一种通过风轮捕捉风能，并将其转换为电能的技术。
与恒速恒频风力发电机相比，变速恒频风力发电机具有更高的风能利用率和更宽的转速范围。
其工作原理是，通过调整风轮转速，以适应风速的变化，从而保持发电机输出频率的稳定。
空载并网控制是指风力发电机在不带负载的情况下与电网连接。
实现空载并网的关键在于控制风轮转速和发电机电流，以确保发电机与电网的同步。
常见的空载并网控制策略包括以下两种：直接并网法：在风速达到额定值后，风轮直接驱动发电机进入同步状态，然后进行并网。
此种方法简单直接，但并网瞬间会产生较大的冲击电流。
软并网法：通过控制风轮和发电机的转速，缓慢地将发电机接入电网，从而避免冲击电流的产生。
这种方法需要更多的控制环节和算法，但其并网效果较直接并网法更为平稳。
优点： a.由于能够适应风速的变化，所以具有较高的风能利用率； b.通过调整转速，可以减轻风轮和发电机的机械应力，提高设备的寿命；c.与恒速恒频风力发电机相比，其启动和停止更为灵活。
缺点： a.控制系统的设计较为复杂，需要精确的转速和电流控制； b.并网过程中可能产生较大的冲击电流，对电网造成一定的影响； c.需要采取措施来应对电网的波动，以保证系统的稳定运行。
变速恒频风力发电机空载并网控制在现代风力发电场中得到了广泛应用。
例如，根据某风力发电场的数据，采用变速恒频风力发电机空载并网控制后，该风电场的年发电量增加了30%，同时设备维护成本降低了20%。
这充分证明了变速恒频风力发电机空载并网控制在提高发电效率和降低运行成本方面的优势。
变速恒频风力发电机空载并网控制是风力发电技术中的重要一环。
通过控制风轮转速以适应风速的变化，保持发电机输出频率的稳定，可以实现高效的电能转换。
风电发电机并网的方式讲解
控制系统
电网
空载并网的优点
通过对发电机转子交流励磁电流的调节 与控制，就可在变速运行中的任何转速 下满足并网条件，实现成功并网，这是 这类新型发电方式的优势所在。
很好的实现了定子电压的控制，实现简 单，定子的冲击电流很小，转子电流能 稳定的过渡，
b.带独立负载的并网方式
并网前发电机带负载运行，根据电网信息和定子电 压、电流对风力发电机进行控制。
此时自动并网开关尚未动作，发电机通 过双向的晶闸管平稳的接入电网。发电 机平稳运行后，双向晶闸管出发脉冲自 动关闭。发电机输出电流不再经过双向 晶闸管而是通过已闭合的自动开关触点 流向电网。
两种软并网的差异
第一种方式所选用的是高反压双向晶闸管的电 流允许值比第二种方式的要大得多。这是因 为第一种方式要考虑到能达到发电机的额定 电流值，第二种方式只要通过略高于发电机 空载时的电流就可以满足要求。但需要采用 自动并网开关，控制回路也略显复杂。
对电网时刻控制要求精确，若控制不当，则有 可能产生较大的冲击电流，以致并网失败。
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恒速恒频异步风力发电机及其并网方式及 特点
主要内容：
异步风力发电机的并网方式
a.恒速笼型异步风力发电机系 统
8
异步发电机的并网结构
异步风力发电机的并网方式
直接并网方式 准同步并网方式 捕捉式准同步快速并网 降压并网方式 软并网方式
降压并网图示
异步电 机
电抗器
电网
无 功 补 偿
软并网（SOFT CUT-IN）技术
采用双向晶闸管的软切入法，使异步发电机并网， 其连接方式有两种
1，异步风力发电机通过(或双向)晶闸管软切入装置 与电网直接相连，异步风力发电机在接近同步速时， 晶闸管的控制角在1800一0o之间逐渐同步打开，晶 闸管的导通角也在0o一1800之间逐渐同步打开，当 异步风力发电机滑差为零时，晶闸管全部导通，这 时短接已全部导通的晶闸管，异步风力发电机输出 电流直接流向电网，风电机组进入稳态运行阶段。
风力发电机并网控制三种方式
风力发电机并网控制三种方式
链接：/tech/6262.html
风力发电机并网控制三种方式
风力发电机的并网控制直接影响到风力发电机能否向输电网输送电能以及机组是否受到并网时冲击电流的影响。
并网控制装置有软并网，降压运行和整流逆变三种方式。
软并网装置：
异步发电机直接并网时，其冲击电流达到额定电流的6~8倍时，为了减少直接并网时产生的冲击电流及接触器
的投切频率，在风速持续低于启动风速一段时间后，风力发电才与电网解列，在此期间风力发电机处于电动机运行状态，从电网吸收有功功率。
降压运行装置：
软并网装置只在风力发电机启动时运行，而降压运行装置始终运行，控制方法也比较复杂。
该装置在风速低
于风力发电机的启动风速时将风力发电机与电网切断，避免了风力发电机的电动机运行状态。
整流逆变装置：
整流逆便是一种较好的并网方式，它可以对无功功率进行控制，有利于电力系统的安全稳定运行，缺点是造
价高。
随着风电场规模的不断扩大和大功率电力电子设备价格的降低，将来这种并网装置可能会得到广泛的应用。
风电场接入电力系统的方案主要由风电场的最终装机容量和风电场在电网所处的位置来确定。
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风电发电机并网的方式
风力机 电阻箱
双PWM 变流器
控制信 号
变速恒频 发电机
转子电 流
定子信息
控制系统
电网
c.孤岛并网方式
此并网方案的实现共分为三个阶段： 1.励磁阶段 2.孤岛运行阶段 3.并网阶段
对电网时刻控制要求精确，若控制不当，则有 可能产生较大的冲击电流，以致并式及 特点
主要内容： 异步风力发电机的并网方式
a.恒速笼型异步风力发电机系 统
8
异步发电机的并网结构
异步风力发电机的并网方式
直接并网方式 准同步并网方式 捕捉式准同步快速并网 降压并网方式 软并网方式
准同期并网的优缺点
优点： 冲击电流较小。对系统的电压影响 较小，设和与电网容量比风力发电机组 大不了几倍的地方使用。
缺点：并网时间长，必须控制在最大允许 的转矩范围内运行，以免造成网上飞车 。
捕捉式准同步快速并网
工作原理：是将常规的整步并网方式改为在频率变化 中捕捉同步点的工作方法进行并网。
优点：并网工作准确，快速可靠，即实现几乎无冲击 的准同步并网，对机组的调速精度要求不高，很好 的解决了并网过程与造价高的矛盾，适合于风力发 电机组的准同步并网操作。
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风力发电系统结构示意图
各类风力发电机并网的方式
引言 恒速恒频风电机组并网
运行的模式及其特点 变速恒频风电机组并网
运行的模式及其特点
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恒速恒频同步发电机的并网方式
同步发电机在运行中 ,既能输出有功功率 ,又 能提供无功功率 ,且周波稳定 ,电能质量高 ,已 被电力系统广泛采用。然而 ,将其移植到风力 发电机组上使用时却不是很理想。这是因为 风速时大时小 ,致使作用在转子上的转矩极不 稳定 ,并网时其调速性能很难达到同步发电机 所要求的精度。并网后若不进行有效的控制 , 常会发生无功振荡与失步问题 ,在重载下尤为 严重。
风力发电的并网接入及传输方式
风力发电的并网接入及传输方式摘要：在环境保护之中，风力发电是其中节约资源最为有效地方式，虽然现今一直处在低谷的时期，但是未来的发展前景十分广阔，风力发电技术也在逐渐的趋于成熟，世界装机容量以及发电量也在逐渐的加大，日后在发电市场也逐渐的会占有更大的比例。
本文主要就是针对风力发电的并网接入及传输方式来进行分析。
关键词：风力发电；并网接入；传输方式1、我国风力发电及并网发展情况相关的数据充分的表明，2010年的中国风电累积装机容量达到了4182.7万KW，在超过了美国之后，已经跃居成为世界第一装机大国。
但与此同时，风电的发电量只有500亿千瓦的时候，依据要比美国低，并网容量也只有吊装容量的三成左右，要比国际水平低出很多，这在很大程度之上严重的影响到了效益水平与风电效率的提高。
中国的风电行业的风电行业的发展速度也是十分的迅猛，基本上是用到了5年的时间最终才实现了欧美发达国家将近30年的发展进程，在产业逐渐进步市场规模快速发展的同时，其面临的问题与挑战也逐渐的凸显出来。
首先是中国风电装备的质量水平，其中包括了发电能力以及设备完好率等等均有待提高，其次就是吊装容量和并网容量之间的差别，和国际先进水平相比之下，还存在着较大差别。
怎么从装机大国转变成为风电的利用大国，也就成为了我国目前面临的最大问题。
2、风电机组及其并网接入系统2.1、同步发电机在该结构之中，允许同步发电机以可变的速度运行，可以产生频率与可变电压的功率。
以此来作为在并网发电的系统之中广泛应用的同步发电机，在运行的时候，不仅仅可以输出有功功率，而且还可以提供无功功率，且频率也是十分的稳定。
对于由风力机驱动的同步发电机和电网并联运行的时候，就随机可以采用自动准同步并网以及自同步并网的方式。
因为风电的电压、频率的不稳定性，一般就会使得应用前者并网相对比较困难；然而对于后者来说，因为并网的装置比较简单，最为常见的结构就是通过AC—DC—AC的整流逆变方式与系统进行并网，其原理结构如图1所示。
风力发电机组并网方式分析
１ 风 力 发 电机 组 并 网 条 件 １ ） 发电机发 出电源的相序与电网汇流排相序相 同。否则 ， 不但发 电机不能进入 同步 ， 而且 会产生 很大 的拍 振 电流 ， 使 发 电机绕组承受过大的电动力 ， 使线 圈变形绝缘短路。 ２ ） 发电机 的电压有效值 与 电网汇 流排的 电压有 效值相 等 或接近相等（ 电压差 ＜１ ０ ％） ， 否则 ， 会 由于电位差而产 生内部 无功环流 ， 生 成 很 大 的 电磁 冲击 力 。 ３ ） 发 电机的频率应与 电力系统电源的频率基本相等 （ 频率 差不能超过 ０ ． ５～１ Ｈ ｚ ） ， 否则会 因为拍振 电流和拍振 电压的有 功分量在发电机轴上产 生力矩 ， 使发 电机产 生机械振 动 ， 造 成 机组 损 坏 。 ４ ） 发 电机 的 电压 相 位 与 电力 系 统 电 源 的 电压 相 位 相 等 （ 相
１ ） 由于不采用齿轮箱 ， 机组水平轴 向的长度 大大减 小 ， 电 能生产 的机械传动路径缩短 ， 避免了因齿轮 箱旋 转而产生 的损 耗、 噪音 等 。 ２ ） 由于 发 电机 具 有 大 的表 面 ， 散热 条件更有 利 ， 使 发 电机 运 行 时 的 温 升减 低 ， 减小 发 电机 温 升 的 起伏 。
技 术 研 发
Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ０ Ｌ ０ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ ＭＡ Ｒ Ｋ Ｅ Ｔ
风 力 发 电机 组 并 网 方来自式 分 析 高彩 霞
（ 内蒙古送 变电有 限责任 公 司 风 力发 电承 装检修 工程 处 ，内蒙古 呼和 浩特 ０ １ ０ ０ ２ ０ ）
摘 要： 随着我 国风 电行业的发展 ， 风电装机容量快速增长 ， 通过分析 目前风 电场所选 用的不 同类型风 力发 电机 组， 并对
第二章 风力发电机组并网方式分析
2风力发电机组并网运行方式分析2.1风力发电系统的基本结构和工作原理风力发电系统从形式上有离网型、并网型。
离网型的单机容量小(约为0．1～5 kW，一般不超过10 kW)，主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行；并网型的单机容量大(可达MW级)，且由多台风电机组构成风力发电机群(风电场)集中向电网输送电能。
另外，中型风力发电机组(几十kW到几百kW)可并网运行，也可与其它能源发电方式相结合(如风电一水电互补、风电一柴油机组发电联合)形成微电网。
并网型风力发电的频率应保持恒等于电网频率，按其发电机运行方式可分为恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两大类。
2.1.1恒速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统中主要采用三相同步发电机(运行于由电机极对数和频率所决定的同步转速)、鼠笼式异步发电机(SCIG)。
且在定桨距并网型风电机组中，一般采用SCIG，通过定桨距失速控制的风轮使其在略高于同步转速的转速(一般在(1～1．05)n)之间稳定发电运行。
如图2.1所示采用SCIG的恒速恒频风力发电系统结构示意图，由于SCIG在向电网输出有功功率的同时，需从电网吸收滞后的无功功率以建立转速为n的旋转磁场，这加重了电网无功功率的负担、导致电网功率因数下降，为此在SCIG机组与电网之间设置合适容量的并联电容器组以补偿无功。
在整个运行风速范围内(3 m／s < <25 m／s),气流的速度是不断变化的，为了提高中低风速运行时的效率，定桨距风力1发电机普遍采用三相(笼型)异步双速发电机，分别设计成4极和6极，其典型代表是NEGMICON 750 kW机组。
风图2.1采用SCIG的恒速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统具有电机结构简单、成本低、可靠性高等优点，其主要缺点为：运行范围窄；不能充分利用风能(其风能利用系数不可能保持在最大值)；风速跃升时会导致主轴、齿轮箱和发电机等部件承受很大的机械应力。
风力发电机并网讲解
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双馈式风力发电机及其并网
双馈风力发电机为定子绕组直接接入交流电网，转子绕组由频 率、幅值、相位可调的变流器提供三相低频励磁电流的新型电 机，当转子绕组通过某一频率的交流电时，就会产生一个相对 转子旋转的磁场，此时会在电机气隙中形成一个同步旋转磁场， 转子的实际转速加上交流励磁电流产生的旋转磁场所对应的转 速等于同步转速，从而改变了双馈电机定子电动势与电网电压 向量的相对位置，也即改变了电机的功率角，因此有调节无功 功率出力的能力。
变速恒频发电机系统是指在风力发电过 程中发电机的转速可以随风速变化,而通 过其他的控制方式来得到和电网频率一 致的恒频电能。
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发电机组并网的四个条件
1. 发电机的频率与系统频率相同。 2. 发电机出口电压与系统电压相同,其最
大误差应在5%以内。 3. 发电机相序与系统相序相同。 4.发电机电压相位与系统电机组
根据风力发电机运行特征和运行技术，并 网型风力发电机一般分为：
1、恒速恒频风力发电机。 2、变速恒频风力发电机。
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什么是恒速恒频与变速恒频？
恒速恒频发电机系统是指在风力发电过 程中保持发电机的转速不变从而得到和 电网频率一致的恒频电能。
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（２）独立负载并网方式：采用这种方式的思路是，并网前发 电机带负载运行，对发电机和负载进行控制，在满足并网条 件时进行并网。这种并网方式的特点是，发电机具有一定的 能量调节作用，降低了对原动机的调速能力要求，但是这种 并网方式控制起来非常复杂，所需要的信息不仅取自于电网
侧，同时还取自于定子侧。
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恒速笼型异步风力发电机系统
风力发电的并网技术
变流器
桨距角度
发电机 发电机转速
桨距驱动
AC DC
电流 PWM 直流电压
DC AC PWM
有功功率和无 直流母线电压
功功率控制
控制
电流
风速 风向
桨叶角控制
转速控制
-启动
-满载时
-半载
-关机
桨距控制
桨距控制模式 风机主控制系统
P 负载曲线 功率因数控制
变流控制系统
刹车控制 偏航驱动
变流控制命令
电网
极数：72 极。
2.4 多发电机型机组
叶片通过紧耦合主轴和单级 多输出轴齿轮箱，驱动多个中 速永磁发电机; 每个发电机有独立的变频 器，输出通过直流母线连接在 一起，再通过网侧逆变装置连 接到电网
６个500ＫＷ 325rpm 永磁同步发电机
4 PART
风力发电机的控制
变速恒频风力发电系统的特点是风力机和发电机的转 速可在很大范围内变化而不影响输出电能的频率。可以通 过适当的控制，使风力机的转速可变，使风力机的尖速比 处于或接近于最佳值，从而最大限度的利用风能。
2.2 多级增速型变速风力发电系统
通过齿轮增速，电 机体积小；增加系 统维护和故障率。 典型的机型是双馈 风力发电机
双馈风力发电机系统结构图
2.3 半直驱型变速风力发电系统
通过1级齿轮增速，电机体积较小；降 低系统维护和故障率，是折中方案。
一级行星齿轮 箱 9：1
发电机转 速：190rpm；
双馈式风力发电机机侧变流器控制原理
双馈式风力发电是在双馈式异步电机的转子中施加转差 频率的电压(或电流)进行励磁,调节励磁电压的幅值、频率和相 位,实现定子恒频恒压输出。当发电机转子旋转频率fm变化时, 控制转子励磁电流频率f2确保定子输出频率f1恒定。设p为极对 数,则有
直驱式永磁同步风力发电机组并网与保护
直驱式永磁同步风力发电机组并网与保护一、并网条件和方式1.并网条件永磁同步风力发电机组并联到电网时，为了防止过大的电流冲击和转矩冲击，风力发电机各相端电压的瞬时值要与电网端对应相电压的瞬时值完全一致，满足的条件：①波形相同；②幅值相同；③频率相同；④相序相同；⑤相位相同。
并网时因风力发电机旋转方向不变，只要使发电机的各相绕组输出端与电网各相互相对应，条件④就可以满足；而条件①可由发电机设计、制造和安装保证；因此并网时主要完成其他3个条件的检测和控制，其中频率相同必须满足。
2.并网方式（1）自动准同步并网。
满足上述理想并联条件的并网方式称为准同步并网，在这种并网方式下，并网瞬间不会产生冲击电流，电网电压不会下降，也不会对定子绕组和其他机械部件造成冲击。
永磁同步风力发电机组的起动与并网过程如下：当发电机在风力机带动下的转速接近同步转速时，励磁调节器给发电机输入励磁电流，通过调节励磁电流使发电机输出的端电压与电网电压相近。
在风力发电机的转速几乎达到同步转速、发电机的端电压与电网电压的幅值大致相同，并且断路器两端的电位差为零或很小时，控制断路器合闸并网。
永磁同步风力发电机并网后通过自整步作用牵入同步，使发电机电压频率与电网一致。
以上的检测与控制过程一般通过微机实现。
（2）自同步并网。
自动准同步并网的优点是合闸时没有明显的电流冲击，缺点是控制与操作复杂、费时。
当电网出现故障而要求迅速将备用发电机投入时，由于电网电压和频率出现不稳定，自动准同步法很难操作，往往采用自同步法实现并网运行。
自同步并网的方法是，同步发电机的转子励磁绕组先通过限流电阻短接，发电机中无励磁磁场，用原动机将发电机转子拖到同步转速附近（差值小于5%）时，将发电机并入电网，再立刻给发电机励磁，在定子、转子之间的电磁力作用下，发电机自动牵入同步。
由于发电机并网时转子绕组中无励磁电流，因而发电机定子绕组中没有感应电动势，不需要对发电机的电压和相角进行调节和校准，控制简单，并且从根本上排除不同步合闸的可能性。
风力发电机组并网技术
风力发电机组并网技术风力发电机组并网技术20世纪90年代，L.某u,Bhowink,Machromoum,R.Pena等学者对双馈电机在变速恒频风力发电系统中的应用进行了理论、仿真分析和试验研究，为双馈电机在风力发电系统中的应用打下了理论基础。
同时，电力电子技术和计算机技术的高速发展，使得采用电力电子元件(IGBT等)和脉宽调制(PWM)控制的变流技术在双馈电机控制系统中得到了应用，这大大促进了双馈电机控制技术在风电系统中的应用。
八十年代以后，功率半导体器件发展的主要方向是高频化、大功率、低损耗和良好的可控性，并在交流调速领域内得到广泛应用，使其控制性能可以和直流电机媲美。
九十年代微机控制技术的发展，加速了双馈电机在工业领域的应用步伐。
近十年来是双馈电机最重要的发展阶段，变速恒频双馈风力发电机组已由基本控制技术向优化控制策略方向发展。
其励磁控制系统所用变流装置主要有交交变流器和交直交变流器两种结构形式:(1)交交变流器的特点是容量大，但是输出电压谐波多，输入侧功率因数低，使用功率元件数量较多。
(2)采用全控电力电子器件的交直交变流器可以有效克服交交变流器的缺点，而且易于控制策略的实现和功率双向流动，非常适用于变速恒频双馈风力发电系统的励磁控制。
为了改善发电系统的性能，国内外学者对变速恒频双馈发电机组的励磁控制策略进行了较深入的研究，主要为基于各种定向方式的矢量控制策略和直接转矩控制策略。
我国科研机构从上世纪九十年代开始了对变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究，但大多数研究还仅限于实验室，只有部分研究成果在中，在小型风力发电机的励磁控制系统中得到应用。
因此，加快双馈机组的励磁控制技术的研究进度对提高我国风电机组自主化进程具有重要意义。
除了上面提到的双馈风力发电系统励磁控制技术研究以外，变速恒频双馈风力发电系统还有许多研究热点包括:(I)风力发电系统的软并网软解列研究软并网和软解列是目前风力发电系统的一个重要部分。
风力发电机组并网方式初探
运 行稳 定性 的 影响 是今 后 迫 切 需要 解 决 的
问 题
功率风 电机组的批量生产到大功率风 电机 组 的 批 量 生 产 ， 国将 逐 步 进 入 全 球 风 电 我 设备生产大国的行列；在 中国风力发电发 展 空 间 大 ， 府 对 可 再 生 能 源 的 长 期 规 划 政
网 。另外 ，异步发 电机 自身不发无功功 Ｉ
Ｗｉ ｅｅｇ ｓ ｄ ａ ｎ ｎｒ ｙ ｉ ｄ ａ ｅ ｎ， ｒｎｗａ ｌ ｎ ｒｙ， ｗｉｄ ｅ ｅ ｂｅ ｅｇ ｅ ｎ
ｐｗｅ ａ ｇ ｈ ｎ ｎｒｙ ｅ ｆｃｉｅｙ． Ｒ￣ｉ ｏ ｒ ｃｎ ｕｅ ｔｅ ｗｉ ｅｅｇ ｆｅｔｖｌ ｄ ，ｐ ｄ ｄｖ ｌ ｍｅｔ ｏ ｕ ｎ ｐｗ ｒ ｕ ｈｒ ＆ｅ ｓｉ ｅ ｅ ｐ ｎ ｆｏ ｒｗｉ ｏ ｅ ，ｂ ｔ ｔｅｅ ｒ ｔｌ ｏ ｄ ｌ ｍ ｎ ｒｃｉ ｌｐｏ ｌ ， ａ ｄ ｈ ｒｂｅ ｏ ｉ－ ａ ｙ ｐａ ｔ ａ ｒｂ ｍｓ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐｏ ｌ ｅ ｍ ｆ ｎ
荷，可直接并 网，也可通过 晶闸管调压装 置与电网相连接 。但是 异步风 力发电机在
并 网 瞬 间 会 出 现较 大 的 冲击 电流 ，而过 大
风 力 发 电 ；并 网 ； 恒 速 恒 频 ； 变速 恒 频
的冲击电流会使发电机 与电网连接的主 回 路中的 自动开关断开 ，同时造成电压大幅
ｌｅ ｏ ｅ ａ ｉｎ ｏ ｉ —ｍ ｌ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｓ Ｏ ｆ 讨１ ｉ ｐｒｔ ｆ ｗｎ ｎ ｏ ｄ ｉ ｅ ａｏｓ ｉ ｎ ｏ ｌ ｅ ｅ ｅ
率 ，需要 无功 补偿 ，当输 出功率超 出其最 大转矩 所对应的功 率会 引起 网上飞车【 ， ６ Ｉ 因此必须严格监视并采取相应的有效措施
第五讲 风力发电机组的并网技术
um 2 R2im 2 p m 2 s t 2 ut 2 R2it 2 p t 2 s m 2
定、转子磁链方程：
m1 Lm im 2 t1 Lm it 2
m 2 L2im 2 t 2 L2it 2
永磁同步发电机系统的并网
双馈发电机系统的并网
三
风电并网对电网的影响
恒速恒频发电机的并网
一、同步发电机的并网运行
由于同步发电机本身固有的特性，将其移 植到风电机组中使用时，效果不甚理想， 这是由于风速随机变化，作用在转子上的 转矩很不稳定，使得并网时其调速性能很 难达到期望的精度，若不进行有效的控制， 常会发生严重的无功振荡和失步，对系统 造成严重影响。
U1= 1Ψ1表明: 工频下磁链定向时的发电机定子磁链为定值，端电压U1正比于
定子磁链Ψ 1。发电机空载时，定子电流为零，即im1=it1=0，可由发电机电压﹑ 磁链方程得到 1 Lm im 2 it 2 0
m 2 L2im 2 t 2 0
代入发电机转子电压 dq
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双馈发电机系统的并网
风力发电并网方式的研究
【 Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ］ Ｗｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； Ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ￣ ａ ｎ ｔ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ； Ｖ ａ ｒ ｉ ｂｌ ａ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ￣ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ
Ｓ ｔ ｕ ｄｙ ｏ ｎ ｗｉ ｎ ｄ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｇｒ ｉ ｄ －ｃ ｏ ｎｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ Ｍｏ ｄ ｅ
Ｚ ＨＡ ＮＧ Ｗｅ ｉ － ｌ ｉ ａ ｎ ｇ Ｐ ＡＮ Ｍｉ ｎ － ｊ ｎ ｌ ｌ ＷＥＩ Ｄａ － ｓ ｏ ｎ ｇ ＣＨ ＥＮ Ｆ ｕ － ｌ ｉ ｎ ｇ
【 摘 要】 通过分析风力发 电系统并 网方式的原理， 针对风力发电并网难 的问题 ， 提出 利 用直驱 式永磁 同步发 电机 实现风力发 电并 网。直 驱 式永磁 同步发 电机并 网比传统的恒速恒频并 网方式更加稳 定。
【 关键词 】 风 力发 电； 并 网运行 ； 恒速恒频 ； 变速恒频
０ 引 言
回路 由双 Ｐ ＷＭ变频器控制转子励磁 电流的频率 ． 转子转 速与励磁电 流频率合成定子 电流频率。调节励磁 电流频率 ， 使定子 电流频率始终 当今石化能源的 日益匮乏．社会 的发展对能源 的需求不断增加。 与 电网频率保持一致 。 电机转动频率、 定、 转子绕组电流频率 的关系式 风能作 为一种清洁 可再生能源越来越受到世界各国的重视 。 近年来风 为： 力发 电在 国内外都得到了突飞猛进 的发展 但 由于风能的随机性和不 ｎ ｆ ｌ ＝ｐ ± ｆ ２ 稳定 性 ． 在其发展 的过程 中也 出现很多问题 ． 其 中风 力发电并 网难最
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ZHANG Wei-liang PAN Min-jun WEI Da-song CHEN Fu-ling （School of Mechanical and Electronics Engineering,Hezhou Univ.Hezhou Guangxi, 542800,China ） 【Abstract】By analyzing the theory of grid-connected wind farms,the paper presents using direct-driven permannet magnet synchronous generator to achieve grid-connerted wind power according to the problem in wind power grid-connected difficult.Direct drive permanent magnet synchronous generator than traditional way of constant speed constant frequency grid interconnection is more stable. 【Key words】Wind power generation；Parallel operation；Constant speed constant frequency；Variable speed constant frequency
并网的结构相对复杂， 大多采用多级齿轮箱双馈异步风力发电机组。
当自然风速使得风力发电机转子转速频率与电网频率相同时，风力发
电机同步运行；当风力发电机的转速小于或者大于电网频率时，风力
发电机异步运行，通过双向变频器实现发电机组转。 在异步运行程中，不仅有励磁损
0 引言
当今石化能源的日益匮乏， 社会的发展对能源的需求不断增加。 风能作为一种清洁可再生能源越来越受到世界各国的重视。 近年来风 力发电在国内外都得到了突飞猛进的发展。 但由于风能的随机性和不 稳定性，在其发展的过程中也出现很多问题，其中风力发电并网难最 为突出。 风电并网技术成为风力发电领域研究的重难点问题。 如何将 并网瞬时冲击电流降低到最小规范值，进一步保证并网后系统电压稳 定是当今研究的重点方向。 本文对并网技术问题进行相关研究，提出 并网运行方式并进行分析比较。
1 风力发电并网运行的分析
随着风力发电的快速发展，风电场的并网已成为必然的途径。 从 风电问世以来，风力发电经历了独立运行方式、恒速恒频运行方式、变 速恒频运行方式。 当今变速恒频发电系统已成为主流，但风力发电并 网仍是热点的研究话题。
不管是哪一种发电类型，并网总是以保证电力系统稳定性为基本 原则。 风力发电相比于火力发电和水力发电，由于其不稳定性需要更 精确的并网控制技术。 并网运行时，需满足：（1）电压幅值与电网侧电 压 幅 值 相 等 ；（2）频 率 与 电 网 侧 频 率 相 同 ；（3）电 压 相 角 差 为 零 ；(4) 电 压 波形及相位与电网侧的电压波形及相位保持一致。 这样保证了并网时 冲击电流理想值为零。 否则，若并网产生很大的瞬时冲击电流，不仅损 坏电力设备，更严重的是使电力系统发生震荡，威胁到电力系统稳定 性。
与电网频率保持一致。 电机转动频率、定、转子绕组电流频率的关系式
为：
f1=
pn 60
±f2
式中：f1 为定子电流频率，f2 为转子电流频率，n 为转子转速。 双馈
发电机既可以同步运行也可以异步运行，通 过 精 确 地 控 制 双 PWM 变
频器，可以实行“柔性并网”，大大提高并网的成功率。 一般双馈发电机
2 变速恒频双馈发电机并网
目前，并网型的变速恒频风力发电机组主要采用双馈发电机和永 磁同步发电机。
变速恒频双馈发电机的并网原理图如图 1 所示。 双馈发电机并网的工作原理为当风速变化时，发电机的转子励磁
回路由双 PWM 变频器控制转子励磁电流的频 率 ，转 子 转 速 与 励 磁 电
流频率合成定子电流频率。 调节励磁电流频率，使定子电流频率始终
耗，而且还要从电网吸收无功功率，所以需在并网侧安装无功补偿器。
图 1 变速恒频双馈发电机的并网原理图 3 直驱式永磁同步发电机并网
变速恒频永磁同步发电机并网原理图如图 2 所示。
图 2 变速恒频永磁同步发电机并网原理图 直驱式永磁同步发电机并网的原理为当风速改变时，发电机输出 不同频率的交流电，经过不可控整流电路将交流电变成直流电，再经 过 DC/DC 直流斩波让直流电压幅值保持压稳定。 以逆变器为核心，采 用 IGBT 作为开关器件构成全桥逆变电路， 将整流器输出的直流电逆 变成与电网侧电压相角、幅值、相位、频率相同的交流电。 逆变有时会 产生一定的电压谐波污染和冲 击 电 流 ，这 时 必 须 有 效 （下 转 第 92 页 ）
2013 年 第 7 期
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
○本刊重稿○
科技信息
风力发电并网方式的研究
张伟亮 潘敏君 韦大耸 陈富玲 （贺州学院 机械与电子工程学院，广西 贺州 542800）
【摘 要】通过分析风力发电系统并网方式的原理， 针对风力发电并网难的问题，提出利用直驱式永磁同步发电机实现风力发电并网。 直 驱式永磁同步发电机并网比传统的恒速恒频并网方式更加稳定。
从大的方向看，风力发电系统并网分为恒速恒频风力发电机并网 和变速恒频风力发电机并网。 恒速恒频并网运行方式为风力发电机的 转子转速不受风速的影响，始终保持与电网频率相同的转速运行。 虽 然其结构简单、运行可靠，但是对风能的利用率不高，机械硬度高，而 且发电机输出的频率完全取决与转速，如控制不好，并网时会发生震 荡、失步，产生很大的冲击电流。 所以恒速恒频系统已逐渐退出人们的 视线。 随着电力电子技术的日益成熟，以变速恒频并网运行方式取而 代之。 变速恒频风力发电并网系统是发电机转速随着风速的变化而变 化，系统通过电力电子变化装置，使机组输出的电能频率控制在与电 网频率一致。 变速恒频并网方式减少了机组的机械应力，充分的利用 风能源，使发电效率大大提高；并网时通过精确合理地控制电力电子 变换器，使得并网更加稳定，降低系统因冲击电流过大使电网电压降 低从而破坏电力系统稳定性。