风力发电机组并网方式分析

3.4 同步发电机的并网 由风力机驱动同步发电机经变频装置 与电网并联，这种系统并联运行的特点如 下： 3.4.1 由于采用频率变换装置进行输出 控制，因此并网时没有电流冲击，对系统 几乎没有影响。 3.4.2 为采用交 - 直 - 交转换方式，同 步发电机组工作频率与电网频率是彼此独 立的，风轮及发电机的转速可以变化，不必 担心发生同步发电机直接并网运行可能出 现的失步问题。 3.4.3 由于频率变换装置采用静态自励 式逆变，虽然可以调节无功功率，但是有 高频电流流向器电网。 3.4.4 在风电系统中使用阻抗匹配和功 率跟踪反馈来调节输出负荷，可使风力发 电机组按最佳效率运行，向电网输送更多 的电能。 3.5 直驱交流永磁发电机组的并网 由风力机直接驱动低速交流发电机， 通过工作速度快、驱动功率小、导通压降低 的 IGBT 逆变器并网。这种系统并联运行的 特点如下： 3.5.1 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。 3.5.2 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。
令。当发电机转速接近同步转速时（约为 99%～100%同步转速），双向晶闸管的控制 角同时由 180°到 0°逐渐同步打开；与此 同时，双向晶闸管的导通角则同时由0°到 180°逐渐增大，异步发电机即通过晶闸管 平稳地并入电网；随着发电机转速继续升 高，电机的滑差率逐渐趋于零，当滑差率为 零时，并网自动开关动作，双向晶闸管被短 接，异步发电机的输出电流将不再经双向 晶闸管，而是通过已闭合的自动开关直接 流入电网。在发电机并网后，应立即在发电 机端并入补偿电容，将发电机的功率因数 （COS φ）提高到 0.95 以上[3]。
3.2 双速异步发电机的并网 目前在与电网运行的风力发电系统中， 由于风能的随机性，风速的大小经常变化， 为满足风速的变化，充分利用低速时的风 能，增加全年的发电量，近年来广泛采用双 速异步发电机。其并网方法是当风速传感 器测量的风速达到启动风速，（一般为 3. 0 ～4 .0 m /s）以上，并连续维持达 5 ～ 10min 时，控制系统计算机发出启动信号， 风力机开始启动，此时发电机被切换到小 容量低速绕组，根据预定的启动电流，当转 速接近同步转速时，通过晶闸管接入电网， 异步发电机进入低功率发电状态。若风速 传感器测量的1min平均风速远超过启动风 速，则风力机启动后，发电机被切换到大容 量高速绕组，当发电机转速接近同步转速 时，根据预定的启动电流，通过晶闸管接入 电网，异步发电机进入高功率发电状态。 3.3 双馈异步发电机的并网 应用具有绕线转子的双馈异步发电机 与电力电子技术的 IGBT 变频器及 PWM 控 制技术结合起来，实现变速运行的风力发 电机组发出恒频恒压的电能，并与电网连 接。其并网方法为双馈发电机定子三相绕 组直接与电网相联,转子绕组经交—交循环 变流器联入电网。这种系统并网运行的特 点如下： 3.3.1 风力机启动后带动发电机至接近 同步转速时，由循环变流器控制进行电压 匹配、同步和相位控制，以便迅速地并入
引言
风能作为一种清洁的可再生能源，越 来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大， 全球风能资源总量约为 2.74 ×109MW，其 中可利用的风能为 2 × 107MW。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，开发利用潜力巨大。据 全球风能委员会报告，2008 年年底全球风 电装机容量已超过了12.08万兆瓦，增长28. 8%，我国新增风电装机容量719.02万千瓦， 增长率 108.4%，累计装机容量达到1221 万 千瓦[1]，风电产业发展较快。
这种软并网方法的特点是通过控制晶 闸管的导通角，将发电机并网瞬间的冲击 电流值限制在规定的范围内（一般为 1.5 倍额定电流以下，从而得到一个平滑的并 网暂态过程。通过晶闸管软并网方法将风 力驱动的异步发电机并入电网是目前国内 外中型及大型风力发电机组中普遍采用 的，中国引进和自行开发研制生产的 250KW、300KW、600KW 的并网型异步 风力发电机组，都是采用这种并网技术。
2.4发电机的电压相位与电力系统电源 的电压相位相等(相位差＜ 10°)，否则将 产生有功和无功电流冲击，使发电机烧 毁。
2.5 波形相同，发电机和电网同样是
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能源及环境
中国科技信息 ２０１０ 年第 １ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｊａｎ．２０１０
随着风电装机容量的增大，尤其在大 量新型风力发电机组开始投入运行后，风 电场装机达到可以和常规机组相比的规模， 并且由原来单机容量较小时直接和配电网 相连或者直接给用户供电，改为直接接入 电网，甚至出现在一定区域内供电系统网 络中风电占有一定的比例，对电力系统的 影响越来越大，使得风力发电并网越来越 重要。因此，分析风力发电机组并网方式， 是风电事业发展的关键技术问题之一，同 时也是电网企业安全、经济运行的一个新 课题。
2.2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 <10%)，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。
2.3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 Hz)，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。
大型风电机组实际运行经验中，齿轮 箱是故障率较高部件。采用无齿轮箱结构 则避免了这种故障的出现，可以大大提高 风电机组的可靠性，降低风电机组载荷，提 高风力机组寿命。目前我国部分风电场使 用直接驱动永磁式同步发电机，运行时全 部功率经 A — D — A 变换，接入电力系统 并网运行。与其他机型比较，需考虑谐波治 理问题。
电网，并网时基本上无电流冲击。对于无 初始起动转矩的风力发电机组(如达里厄型 风力发电机组) ，风力发电机组在静止 状，可由双馈电机运行于电动机工况来态 下的启动实现。
3.3.2 风力发电机的转速可随风负载的 变化及时做出相应的调整，使风力发电机 组以最佳叶尖速比运行，产生最大的电能 输出。
3.3.3 双馈发电机励磁可调量有 3 个： 励磁电流的频率、幅值和相位。调节励磁 电流的频率,保证发电机在变速运行的情况 下发出恒定频率的电力；通过改变励磁电 流的幅值和相位，可达到调节输出有功功 率和无功功率的目的。当转子电流相位改 变时,由转子电流产生的转子磁场在电机气 隙空间的位置有一个位移，从而改变了双 馈电机定子电动势与电网电压向量的相对 节有功功率。
风力发电机组并网方式分析
李建春 酒泉职业技术学院 ７３５０００
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， 并对不同的风力发电机组 并网方式进行探讨，指出风力发电机组控制 方式及并网对供电系统带来影响。 关键词 风力发电机组；并网；控制；分析 中图分类号：Ｔ Ｍ ６ １ ４ 文献标识码：Ｂ
２ ．风力发电机组并网条件
风力发电机的并网直接影响到风力发 电机能否向输电电网输送电能以及机组是 否受到并网时冲击电流的影响，为了使发 电机能并网发电，必须满足以下条件：
2.1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。
1.4 高压同步发电机 此类发电机是将同步发电机的输出端 电压提高到 10～20KV，甚至高达 40KV 以 上，可以不用变压器而直接与电网连接。由 于不用增速齿轮箱，以低速运转，减少了齿 轮箱运行时的能量损耗，同时由于省去了 一台升压变压器，免除了变压器运行时的 损耗，效率可提高 5% 左右。但由于使用大 量的永磁材料，对永磁材料的性能稳定性 要求高。
正弦波波形。
３ ．风力发电机的并网方式分析
3.1 异步发电机组的并网 目前国内及国外与电网并联运行的风 力发电机组中，多采用异步发电机，但异 步发电机在并网瞬间会出现较大的冲击电 流（约为异步发电机额定电流的 4 ～7 倍），并使电网电压瞬时下降。随着风力发 电机组单机容量的不断增大，这种冲击电 流对发电机自身部件的安全及对电网的影 响也愈加严重。过大的冲击电流，有可能使 发电机与电网连接的主回路中的自动开关 断开；而电网电压的较大幅度下降，则可能 会使电压保护回路动作，从而导致异步发 电机根本不能并网。当前在风力发电系统 中采用的异步发电机并网方法有以下几种： 3.1.1 直接并网 这种并网方法要求在并网时发电机的 相序与电网的相序相同，当风力驱动的异 步发电机转速接近同步转速时即可自动并 入电网；自动并网的信号由测速装置给 出，而后者通过自动空气开关合闸完成并 网过程。显见这种并网方式比同步发电机 的准同步并网简单。但如上所述，直接并 网时会出现较大的冲击电流及电网电压的 下降，因此这种并网方法只适用于异步发 电机容量在百千瓦级以下或电网容量较大 的情况下。中国最早引进的 55KW 风力发 电机组及自行研制的 50KW 风力发电机组 都是采用这种方法并网的。 3.1.2 降压并网 这种并网方法是在异步电机与电网之 间串接电阻或电抗器，或者接入自耦变压 器，以达到降低并网合闸瞬间冲击电流幅 值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电 抗器等元件要消耗功率，在发电机并入电 网以后，进入稳定运行状态时，必须将其 迅速切除，这种并网方法适用于百千瓦级 以上，容量较大的机组，显见这种并网方 法的经济性较差，中国引进的 200KW 异 步风力发电机组，就是采用这种并网方 式，并网时发电机每相绕组与电网之间皆 串接有大功率电阻。 3.1.3 通过可控的晶闸管软并网 这种并网方法是在异步发电机定子与 电网之间通过每相串入一只双向晶闸管连 接起来，三相均有晶闸管控制。接入双向 晶闸管的目的是将发电机并网瞬间的冲击 电流控制在允许的限度内。其并网过程如 下：当风力发电机组接收到由控制系统内 微处理机发出的启动命令后，先检查发电 机的相序与电网的相序是否一致，若相序 正确，则发出风力发电机组开始启动的命