风力发电并网概要

变速恒频风力发电种类
1，交一直一交风力发电系统
在此系统中可以采用的发电机有同步发电机、笼 型异步发电机、绕线式异步发电机和永磁发电机。
2，交流励磁双馈发电机系统
3，无刷双馈风力发电系统
4，开关磁阻发电机系统
几种变速恒频方案的比较
E—t时间内叶轮吸收的风能。 Ein—t时间内通过叶轮旋转面的全部风能。 Pm—单位时间内叶轮吸收且转换的机械能，即风力机的机械输出功率
的利用风能，提高风力机的运行效率。恒速恒频和变速恒频风力发电
系统的基本结构如下图
单就风力机的调节方式而言，风力发电系统又分为:定 桨距失速调节型和变桨距调节型两种。

定桨距

变桨距
定桨距风力机与变桨距风力机输出功率曲线

常用的几种风力发电类型
1.恒速恒频定桨距失速型
限制速度的方法：定桨距是指叶片被固定安装在轮毅上，其桨距 角(叶片上某一点的弦线与转子平面间的夹角)固定不变，失速型是指 桨叶翼型本身所具有的失速特性(当风速高于额定值时，气流的攻角增 大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，以达到限制转速 和输出功率的目的)。 恒速恒频定桨距型的工作状态 1，待机：风速高于3m/s，但不足以将风电机组拖动到切入的 转速，此时风力机处于自由转动状态
过5~6倍额定电流的冲剂电流，一般零点几秒后即可进入稳
态。
与大电网并联时，合闸瞬间冲击电流对发电机及大电网系
统的安全运行影响不大，对小容量的电网系统，并联瞬间会 引起电网电压大幅度下跌，而影响接在同一电网上的其他电
气设备，甚至是小电网的安全
3，准同期式并网
交流励磁变速恒频 DFIG 风力发电系统空载运行方式结构框图 如下图 所示，并网前将 DFIG 定子侧空载，调节 DFIG 的定
1.在正半周期，让S1 一直保持导通，而让S4 交替通断。
2.在负半周期，让功率管S3 保持导通，S2 交替通断。
控制IGBT通断时序的SPWM波产生方法如下图所示。载波Uc在调制
信号波Ur的正半周为正极性的三角波，在负半周为负极性的三角波。调制 信号Ur为正弦波。在Ur 和Uc的交点时刻4×109MW，其中可利用的风能为
2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储
量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。
c，我国风力资源丰富，具有开发风力发电的巨大潜力； d，可再生，清洁无污染。常规的石化能源是有限的，而风能几乎是
Pw—单位时间内通过叶轮扫掠面的风能，即风力机的输入功率。
对一台实际的风力机，其捕获风能转变为机械输出功率P的表达式。
式中：P为风轮输出的功率；Cp，为风轮的功率系数；A为风轮扫掠面 积；ρ 为空气密度；V，为风速；R为风轮半径．由空气动力学方面的知
识可知，风力机的功率总是小于1的。
系数Cp反映了风力机吸收利用风能的效率，是一个与风速、叶轮转速、
取之不尽，用之不竭。
e，建设工期短，自动化程度高。风力发电机组及其辅助设备具有模块
化的特点，设计和安装简单，单台风力发电机组的运输和安装时间仅 需几个星期，可多台同时安装，互不干扰，且安装一台即可投产一台。
f , 技术逐渐成熟，发电成本降低。据欧洲风能协会2004 年统计[8]，
风力发电机组单位 kW 的造价已经降到 900 欧元，单位发电成本为
5，风电场对电力系统运行成本的影响
风力发电并网系统总方案
逆变总电路拓扑结构
逆变器主电路选用全桥式结构，逆变输出交流电经滤波后并入电网 。控制技术采用正弦脉宽调制方式（SPWM）。主电路采用全桥式逆变
，输出滤波器为 T 型结构，经滤波整形后直接并入电网，主电路如图 所
示。
主电路工作状态
采用 SPWM 调制，各功率开关管 IGBT 的控制规律：
2，发电并网：当风速继续升高，达到4m／s时，风电机组起动到某一设
定转速，此时发电机按控制程序被自动地联入电网 3，停机状态：风速进一步升高，超过风电机组安全运行的风速范围，则 达发电机脱网，执行停机动作。
从定桨距失速型风电机组的功率曲线图中，我们可以看到，定桨距风 力发电机组在风速达到额定值以前就开始失速，到额定点时的功率系数已 经相当小了。调整桨叶的节距角，只是改变桨叶对气流的失速点。节距角 越小，气流对桨叶的失速点越高，其最大输出功率也越高。故而定桨距风 力机在不同的空气密度下需要调整桨叶的安装角度。
增长速度居于首位。下图是世界风力发电装机总容量的发展趋势图， 可以看出，风力发电装机总容量在 1999 年后上升很快，总装机容量 每年都在 20%以上的速度增长，2004 年年底达47.317GW。
世界风力发电装机总容量的发展趋势图
与此同时，风力发电在全球总发电量中所占的份额也在不
断增加，欧洲风能协会制定的风能发展计划中预计到 2020 年风力发电占到全球发电总量的 11.81%。风力发电 在一些风能资源利用较好的国家，如丹麦和德国，已经占 到总发电量的 10％和 5.3％。2002年，欧洲风力发电已 占总发电量的 2%。到 2002 年底，全世界并网运行的风
偏航装置的作用是在外界风向发生变化时能够使风轮对准 风向，以尽可能高效的吸取能量，为此设有偏航驱动机构以保
持机舱的方向，使桨叶的回转轴能够与风向保持一致，风向传
感器由风向标和角度电信号转换器构成。 风向标和风速仪都安 装在风力发电机机舱的尾 部，固定在风向标支架上， 引线通过支架得铁管连接
在机舱控制柜得模板上。
恒速恒频变桨距调速方式 :一是使风轮偏离主风向。 二利用气动阻力。 三是改变桨叶的桨距角（见下图）。
主动失速调节型风力发电机组

将定桨距失速调节型与变桨距调节型两种风力发电
机组相结合，充分吸取了被动失速和桨距调节的优点，
桨叶采用失速特性，调节系统采用变桨距调节。在低风
速时，将桨叶节距调节到可获取最大功率位置，桨距角
力发电装机容量达到 31127MW， 2003 年已达到全球发
电总量的 0.49%。
3，风力发电系统的发展

随着科技的发展及电力电子技术的房展和现代控制技 术的引入，人们对风力发电系统存在的问题提出了很多改 进方法，将模糊控制理论，变结构控制与鲁棒控制，自适 应 PID 控制，神经网络理论等各种各样的控制理论引入了
正比于风速并保持一个恒定的最佳叶尖速比，从而使风力机
的风能利用系数Cp保持最大值不变，风力发电机组输出最大 的功率，最大限度的利用风能，提高风力机的运行效率。
风力发电并网简介
风力发电网并网存在的问题
1，风力发电机并网过程对电网的冲击 2，风电场运行对电能质量的影响 3，对保护装置的影响 4，风电场运行对电网频率的影响
晶闸管电路正常工作的基本条件
软并网控制系统要为三相反 并联晶闸管提供触发脉冲信号， 这些信号间存在严格的相位关系
，因此需提供一个准确的同步信
号。 其触发矩阵：Ug=TG
晶闸管用用于软并网方式的优点
晶闸管用于软并网装置的优点有：晶闸管导通压降小， 解决了器件的功率损耗和发热问题；晶闸管用于软并网装置 可消除电流浪涌冲击与峰值转矩冲击；晶闸管相当于无触点
调整优化机组功率的输出；当风力机发出的功率超过额 定功绿率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调 整在额定值以下，限制机组最大功率输出，随着风速的 不断变化，桨叶仅需要微调维持失速状态。制动刹车时 ，调节桨叶相当于气动刹车。
变速恒频型
变速恒频风力发电系统具有以下共同的优点：（1）最大限度的捕捉 风能。（2）较宽转速运行范围，以适应由于风速变化引起的风力机转速 的变化。（3）采用一定的控制策略（如矢量 PWM）可灵活调节系统的 有功和无功功率，对电网而言这种系统可起到功率因数补偿的作用。（4 ）采用先进的 PWM 控制技术，可抑制谐波，减小开关损耗，提高效率降 低成本。
叶轮直径均有关系的量。风力机的特性通常用风能利用系数Cp一叶尖速 比λ 曲线来表示，如图所示。不同节距角p时，风能利用系数Cp对应的叶
尖速比λ 不同。叶尖速比。
R—为叶轮半径(m)
Ω m—风力机的机械转速(rad/s)
V—作用于风力机的迎面风速(m/s)
从风力机的运行原理可知，变速恒频要求风力机的转速
[1],李文朝，并网型风电机组软并网控制系统研究 2006.3 [2],龚立秋，异步风力发电机组软并网控制系统的研究，2009，6 [3],冯国雨，风力发电并网逆变控制系统研究，2009,5 [4],伍小杰,异步风力发电机软并2003网过渡过程研究 ，2005，8 [5],计催，大型风力发电场并网接入运行问题综述，2008,1 [6],卞松江，变速恒频风力发电关键技术研究，2003,6 [7],田海峰，恒速恒频风力发电系统并网运行研究，2008,12 [8],王宝石，谷彩连，大功率直驱风力发电并网变流器主电路研究。 2011,6 [9],朱雪凌，刘凌飞，风力发电并网对电网的影响，2010,3 [10],陈涛，郑同伟，恒速恒频风力发电系统的建模与仿真，2010,3 [11],王江，风力发电变桨距控制技术研究，2009,4 [12],李龙文，变速恒频风力发电技术研究，2006,4 [13],胡月星，恒速恒频及变速恒频风力发电系统并网动态仿真分析， 2004,7 [14],邓开连，恒速恒频风力发电变桨距系统，2010,1
是作为常规电网电源， 商业化机组单机容量主要为
150~2000Kw,其中，大功率风电机组并网发电是高效 大规模利用风能最经济的方式，已成为当今世界风力 利用的主要形式。
风力发电流程是：自然风吹转叶轮，带动轮毂转动，将风能转变为机
械能，然后通过传动结构将机械能送至发电机转子，带动转子旋转发 电，实现由机械能向电能的转换，最后风力发电场将电能通过区域变
一，风力发电系统的优势，现状及前景 二，风力发电系统的原理方法及分类
三，风力发电并网简介