第四章 风力发电机组的并网技术
风力发电并网技术及电能质量控制措施
风力发电并网技术及电能质量控制措施摘要：现阶段，我国各项经济呈现出迅猛发展的形式，人们对日常生活的要求越来越高。
电能已经成为人们必不可少的能源，我国对新能源的关注度越来越高，尤其是“可持续发展战略”提出以来，人们对如何提高风能、水能等新能源的利用率展开了研究。
关键词：风力发电;并网技术;电能质量;控制措施1风力发电并网技术我们所述的风力发电并网技术指的是发电机输出的电压在幅值，频率乃至向位上和电网系统的电压是一致的。
风力发电并网是完成风力发电到电能供应的必要过程，是实现电能输出的必要环节。
并网技术的关键是确保风力发电机组输出，电力能源的电压和被接入电网的电压在扶智相位频率等方面保持一致，能够保证风力发电并网实施后，整体电能供应的稳定性而目前的风力发电并网技术主要有两种，一种是同步风力发电并网技术，另一种是异步风力发电并网技术。
同步风力发电并网技术主要是将风力发电机和同步发电机相结合，在进行同步发电机的运行中能够有效的输出有功功率，并且能保证为发电提供必要的无功功率，促进周波稳定性提升，可以有效的提高电能稳定性。
同步风电发力机具有工作效率高，体积小，结构紧凑，成本的可靠性高，维护量小等优点。
该发电机的转速平稳负载特性强，周波稳定，发电机组发电电能质量高，这导致同步风力发电机在风力发电中的应用十分广泛。
同步风力发电并网技术在整个风力发电技术的应用中占很大的比重。
在同步风力发电并网技术的应用中，风速波动明显会造成转子转距出现较大的波动，容易影响发电机组并网调速的准确性。
为了解决这个问题，可以采用在电网和发电机组之间安装变频器的方法避免电力系统无功震荡和步失，有效的提高并网质量。
异步风力发电并网技术跟同步风力发电并网技术相比，其主要是借助转差率实现对发电机的运行复合的调整目标，在具体的调速精度方面要求并不高。
这种技术能够减少相关同步，设备安装的繁琐，也可以省去整部操作环节，实现转速的适当调整。
但是这种技术也有缺点，他在具体的并网操作中可能会产生冲击电流，如果产生的冲击电流过大，就会导致电网电压水平降低，不利于电网的安全运行。
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。
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。
6
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。
风力发电并网 流程
风力发电并网流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!风力发电并网流程一、前期准备阶段。
在开展风力发电并网之前，有诸多准备工作需要完成。
风力发电机组的并网
风力发电机组的并网当平均风速高于3m/s时，风轮开头渐渐起动；风速连续上升，当v4m/s时，机组可自起动直到某一设定转速，此时发电机将按掌握程序被自动地联入电网。
一般总是小发电机先并网；当风速连续上升到7～8m/s，发电机将被切换到大发电机运行。
假如平均风速处于8～20m/s，则直接从大发电机并网。
发电机的并网过程，是通过三相主电路上的三组晶闸管完成的。
当发电机过渡到稳定的发电状态后，与晶闸管电路平行的旁路接触器合上，机组完成并网过程，进入稳定运行状态。
为了避开产生火花，旁路接触器的开与关，都是在晶闸管关断前进行的。
(一)大小发电机的软并网程序1)发电机转速已达到预置的切人点，该点的设定应低于发电机同步转速。
2)连接在发电机与电网之间的开关元件晶闸管被触发导通(这时旁路接触器处于断开状态)，导通角随发电机转速与同步转速的接近而增大，随着导通角的增大，发电机转速的加速度减小。
3)当发电机达到同步转速时，晶闸管导通角完全打开，转速超过同步转速进入发电状态。
4)进入发电状态后，晶闸管导通角连续完全导通，但这时绝大部分的电流是通过旁路接触器输送给电网的，由于它比晶闸管电路的电阻小得多。
并网过程中，电流一般被限制在大发电机额定电流以下，如超出额定电流时间持续 3.0s，可以断定晶闸管故障，需要平安停机。
由于并网过程是在转速达到同步转速四周进行的，这时转差不大，冲击电流较小，主要是励磁涌流的存在，持续30～40ms。
因此无需依据电流反馈调整导通角。
晶闸管根据0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、180°导通角依次变化，可保证起动电流在额定电流以下。
晶闸管导通角由0°大到180°完全导通，时间一般不超过6s，否则被认为故障。
晶闸管完全导通1s后，旁路接触器吸合，发出吸合命令1s内应收到旁路反馈信号，否则旁路投入失败，正常停机。
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
风电及其并网技术
电气工程新技术专题题目：风电及其并网技术专业：电气工程及其自动化班级：*********姓名：*********学号：*********指导老师：*********风能是一种清洁、实用、经济和环境友好的可再生能源，与其他可再生能源一道，可以为人类发展提供可持续的能源基础。
在未来能源系统中，风电具有重要的战略地位。
风力发电是一种技术最成熟的可再生能源利用方式，其发电原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
风力发电所需要的装置称作风力发电机组，大体可分风轮（包括尾舵）、发电机和铁塔三部分。
风力发电有两种不同的类型，即：独立运行的——离网型和接入电力系统运行的——并网型。
离网型的风力发电规模较小，通过蓄电池等储能装置或者与其他能源发电技术相结合（如风电/水电互补系统、风电——柴油机组联合供电系统）可以解决偏远地区的供电问题。
并网型的风力发电是规模较大的风力发电场，容量大约为几兆瓦到几百兆瓦，由几十台甚至成百上千台风电发电机组构成。
并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑，更加充分的开发可利用的风力资源，是国内外风力发电的主要发展方向。
并网型风力发电系统是指风电机组与电网相联，向电网输送有功功率，同时吸收或者发出无功功率的风力发电系统，一般包括风电机组（含传动系统、偏航系统、液压与制动系统、发电机、控制和安全系统等）、线路、变压器等。
并网型风力发电机组可分为恒速频风发电系统和变速恒频发电系统。
目前国内外普遍使用的是水平轴、上风向、定桨距（或变桨距）风力机，其有效风速范围约为3~30m/s，额定风速一般设计为8~15m/s，风力机的额定转速大约为20~30转/分钟。
变速恒频风力发电系统的发展依赖于大容量电力电子技术的成熟，从结构和运行方面可分为直接驱动的同步发电机系统和双馈感应发电机系统，在风力机直接驱动同步发电机构成的变速恒频发电系统中，风力机直接与发电机相连，不需要齿轮箱升速，发电机输出电压的频率随转速变化，通过交-直-交或交-交变频器与电网相联，在电网侧得到频率恒定的电压。
浅谈风力发电并网技术及电能控制
电力科技 浅谈风力发电并网技术及电能控制蔡锐锋（广东能源集团湛江风力发电有限公司，广东 湛江 524043）摘要：随着社会经济的发展，对于能源资源的需求量获得快速增长。
电力资源是社会发展的物质基础，发电路径成为现代电力企业研究的重点内容。
风力资源作为洁净且可再生资源，发电时具有很强的灵活性，所以在进行监管的时候面临着很大的难度。
本文主要探究在当前能源资源供给量下降的背景下，如何提升风力发电并网技术的应用以及控制电能质量。
通过分析风力发电并网技术的基本含义，明确技术发展要点，归纳风力发电并网技术的发展趋势，概述控制发电质量的措施，实现风力发电并网技术的发展与电能控制水平提升。
关键词：风力发电；并网技术；电能控制；措施风能作为一种可再生能源资源，是十分清洁的，当前我国风力发电技术是所有新能源开发技术中最为成熟的一种，并且已经初具规模，成为现代电力资源开发与存储的重要保障。
电力电子技术的快速发展以及成本降低，使得改善风力发电性能时可以组合运用电网接入和电能控制。
风力发电并网技术是未来发展的主流趋势，强化对风力发电并网技术的研究能够为后期的风力发电发展奠定坚实的技术基础。
1 风力发电并网技术分析1.1 同步风力发电机组并网技术从同步风力发电机组并网技术的本质分析，是有机组合同步发电机与风力发电机而成的。
当同步发电机在运行的时候，不仅可以高效率的将有功功率输出，还可以为发电机组提供充足的无功功率，实现周波稳定性增强，从而为显著优化与提升电能质量奠定基础。
通过上述分析可以了解，我国在风力发电以及电力系统建设中，选择与应用同步发电机是常态。
但是如何将同步发电机与风力发电机相结合，是当前学术界和电力企业以及科研人员研究的重点。
在大多数情况下，风速所形成的波动是尤为显著的，风速波动能够导致转子转矩产生波动且幅度大，难以满足发电机组并网调速对于精准度所提出的要求。
若是没有充分考虑融合同步发电机与风力发电机之后的问题，当发生荷载增大问题的时候，将会造成电力系统出现无功振荡和失步现象。
风力发电机并网讲解
2020/10/1
13
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。
2020/10/1
4
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。
2020/10/1
3
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。
2020/10/1
17
（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。
2020/10/1
6
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
风力发电原理(控制)
第三章 定桨距风力发电机组 一、定桨距风力发电机组的特点
1、风轮结构 主要特点：桨叶与轮毂的连接是固定的，桨叶的迎风角度不随风速变化而变化。 需解决的问题：高于额定风速时桨叶需自动将功率限制在额定功率附近（失速特性）。 脱网（突甩负荷）时桨叶自身具备制动能力。 添加了叶尖扰流器，降低机械刹车结构强度， 2、桨叶的失速调节原理 因桨叶的安装角β不变，风速增加→升力增加→升力变缓→升力下降→阻力增加→叶片失速 叶片攻角由根部向叶尖逐渐增加，根部先进入失速，随风速增大逐渐向叶尖扩展。失速部分 功率减少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在额定功率附近。 3、叶尖扰流器 叶尖部分可旋转的空气阻尼板，正常运行时，在液压控制下与叶片成为整体，风力机脱网时 液压控制指令将扰流器释放并旋转80o~90o，产生阻力停机，即产生空气动力刹车。 空气动力刹车是按失效思想设计，即起到液压系统故障时的机组停机保护。 4、双速发电机
v1 v 2 2
1 2 S (v12 v2 )( v1 v2 ) 4
2
经过风轮风速变化产生的功率为 P 其最大功率可令
8 1 dP Sv13 0 得 v2 v1 ，代入后得到的最大理想功率为 Pmax 3 dv2 27
Pmax 16 0.593 E 27
North China Electric Power University
1 Cl w2 dS 2 1 dD Cd w 2 dS 2 dLபைடு நூலகம்
轴向推力dFa=dLcosI+dDsinI 旋转力矩dT=r(dLsinI-dDcosI) 驱动功率dPw=ωdT
风输入的总气动功率P=vΣFa
旋转轴得到的功率Pu=Tω 风轮效率η=Pu/P
North China Electric Power University
毕业设计(论文)-风能发电及风力发电[管理资料]
![毕业设计(论文)-风能发电及风力发电[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/5e5f4796f5335a8103d22065.png)
目录引言 (1)第一章绪论 (6)风能开发与风力发电 (6)风力发电的基本原理 (6)现代风力发电机简介 (6)风力发电的特点 (7)中国风力发电的现状与趋势 (7)中国风能资源的分布 (8)中国风力发电的规划 (8)第二章PSCAD/EMTDC软件简介 (9)PSCAD/EMTDC的程序结构和功能特点 (10)PSCAD软件模块的构成 (10)文件管理系统 (10)建模DRAFT模块 (10)架空线T-LINE和电缆CABLE模块 (11)运行RUN TIME模块 (11)单曲线绘图UNIPLOT和多曲线绘图MULTIPLOT模块 (11)EMTDC模块 (11)利用EMTDC可进行的模似研究范围 (12)PSCAD/EMTDC 的应用 (12)第三章风能数学模型的建立和仿真 (12)风能的数学模型 (13)基本风 (13)阵行风 (13)渐变风 (14)随机噪声风 (14)综合风速表达式 (15)风能的仿真 (15)基本风的仿真 (15)阵形风的仿真 (16)渐变风的仿真 (17)随机噪声风的仿真 (17)综合风的仿真 (18)第四章异步风力发电机的并网 (19)异步发电机的基本原理 (19)异步发电机的基本原理简介 (19)发电机的启动 (19)异步风力发电机的并网方法 (19)直接并网 (20)降压并网 (20)通过晶闸管软并网 (20)软并网系统 (21)软并网控制系统的必要性 (21)软并网系统的结构组成 (21)软并网系统的基本工作原理 (22)软并网的步骤 (22)晶闸管用于风力发电机组软并网装置的优点 (23)晶闸管软并网存在的问题 (23)第五章软并网系统模型的建立 (23) (24)双相晶闸管模型的建立 (24)软启动仿真模型的建立 (24)晶闸管控制电路仿真模型的建立 (26)晶闸管单相控制电路仿真模型的建立 (26) (26)第六章异步风力发电机的软并网仿真 (27)风力发电机直接并网仿真 (28)直接并网仿真模型的建立 (28)风速为7m/s时，发电机直接并网仿真 (28)风力发电机组直接并网仿真分析 (33) (33) (33)风力发电机组软并网仿真 (34)软并网仿真模型的建力 (34)风速为7m/s，软并网仿真 (35)风速为10m/s时，软并网仿真 (40)风速为12m/s，软并网仿真 (45)风速为20m/s时,软并网仿真 (46)风力发电机组软并网仿真分析 (50)仿真波形的分析 (50)结论 (50)参考文献 (51)谢辞 (52)引言作为可再生能源的风力资源以其蕴量巨大；可以再生；分布广泛；没有污染等优势而在各国发展迅速。
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。
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
abc
isd
usd
isq
usq
ud
ud dec
uq dec
PI *
uq
-
usq
usq
*
usd *
PI PI -
L L
f
Lq
usd
功率计算 -
PI
isq*
iq PI -
id *
*
PI -
PI
isd *
-
Q
P
udc*
Q*
MPPT
双馈发电机系统的并网
风力发电故障分析及并网技术
风力发电故障分析及并网技术——故障分析：谢吉堂并网技术：金崇伟1 风力发电背景风能是一种干净清洁的、储量及其丰富的可再生能源，它和其他存在自然界的矿物燃料能源如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化利用而减少，因而也可以说风能是一种取之不尽、用之不竭的新能源；而煤、石油、天然气等矿物燃料能源，其储量随着利用时间的增长而日益减少枯竭。
矿物燃料在利用的过程中会带来严总的环境污染问题，如空气中CO2、SO2、NO、CO等气体的排放增多导致了温室效应、酸雨等问题产生。
从上个世纪七十年代，世界各个国家对环境保护、能源危机、节能技术等的关注，认为大规模风力发电是减少空气污染、减少有害气体的排放量的有效措施之一。
德国、丹麦、荷兰、瑞典、印度、加拿大等国大力发展风力发电技术，并且取得了显著成绩。
2013年全球风电装机新增35467MW，截止到2013年底，全球风电累计装机容量达到318137MW。
中国风能储量大，分布广，而且开发利用潜力巨大。
全国平均风功率密度为100W/m2，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW，共计约10亿kW。
在“九五”期间，我国的风力发电有了快速发展。
到2012年底，我国已在14个省份建立了风电场，累计装机达到75324MW，占世界装机容量的1/4。
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
风力发电技术是一种利用风能驱动风机桨叶，进而带动发电机组发电的能源技术。
由于风能清洁、无污染、可再生的特点，世界各国大力发展风电技术，风电正不断超越其预期的发展速度而发展，并一直保持着世界增长最快能源地位。
2 风力发电故障分析的意义风电对于缓解能源供应、改善能源结结构、保护环境等方面意义重大。
这些年，风电机组在我国得到了广泛的安装使用。
由于风力发电机组通常处于野外，环境条件恶劣，容易出现故障，维修起来耗费大量人力物力，对风机的可靠性越来越高。
风力发电的并网
近年来大规模风力发电场的数量大幅度增加。
由于风场大都位于海面上，或遥远的乡村、山区，如何将风场连接至电网是投资风力发电时一个重要的考虑因素。
如果是海上风场，这个因素更为重要。
除了建设需要考虑的问题外，对电力系统稳定的影响也是需要考虑的重要因素。
随着风电场的容量越来越大，对电力系统的影响也越来越明显，研究风电并网后对系统的影响己成为重要课题。
风电的随机性使风电厂输入系统的有功功率处于不易控制的变化之中，相应地风电场吸收的无功功率也处于变化之中。
在系统重负荷或者临近功率极限运行时，风速的突然变化将成为系统电压失稳的扰动。
风电场所在地区往往远离负荷中心，处于供电网络的末端，而且需要消耗感性无功，系统的电压稳定问题更加突出。
在风电场规划设计时，通常根据电力系统确定一个风电场的最大容量，但是不同厂家、型号的风力发电机组的功率曲线不同，无功电压特性也不同。
目前国内采用的双馈机组可以根据需要调节无功，对系统来说起到了一定的稳压作用。
风电也给发电和运行计划的制定带来很多困难，需要重新评估系统的发电可靠性，分析风电的容量可信度，研究新的无功调度及电压控制策略以保证风电场和整个系统的电压水平及无功平衡，以及对孤立系统的稳定性影响等。
风力发电机的并网风力发电领域要解决的一个很重要的问题是风力发电机组的并网问题。
目前在国内和国外大量采用的是交流异步发电机，其并网方法也根据电机的容量不同和控制方式不同而变化。
异步发电机并入网运行时，是靠滑差率来调整负荷的，其输出的功率与转速近乎成线性关系，因此对机组的调速要求不像同步发电机那么严格和精确，只要检测到转速接近同步转速时就可并网，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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、风电场无功功率的控制 (一)无功电源
(二)无功容量
(三)试验
(一)无功电源 风电场应具备协调控制机组和无功补偿装置的能力，能够自动 快速调整无功总功率。风电场的无功电源包括风力发电机组和 风电场的无功补偿装置。首先充分利用风力发电机组及分散式 无功补偿装置的无功容量及其调节能力，仅靠风力发电机组的 无功容量不能满足系统电压调节的需要，须在风电场集中加装 无功补偿装置。
三、软并网装置中晶闸管的触发方式
图4-4
软切入结构简图
四、软并网的控制规律及其对电网的影响 软并网控制应当考虑到以下方面：
(1)叶片特性，以分析叶轮吸收机械功率和气动阻力。
(2)传动轴系的惯量、联轴器的刚度和传动链阻尼，以判断切入 过程中叶轮的加速度。 (3)发电机在晶闸管移相控制作用下的动态响应。 (4)接入点电压由于发电机接入动态响应而造成的波动。 (5)其他的因素，如电网结构等。 软并网控制的主要任务有以下两项： (1)判断软切入起动时刻。 (2)确定双向晶闸管的移相控制规律。
三、软并网装置中晶闸管的触发方式 (1)三相电路中，任何时刻至少需要一相的正向晶闸管与另外一
相的反向晶闸管同时导通，否则不能构成电流回路。
(2)为保证在电路起始工作时使两个晶闸管同时导通，以及在感 性负载与触发延迟角较大时仍能满足条件(1)的要求，需要采用 大于60°的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路。 (3)晶闸管的触发信号除了必须与相应的交流电源有一致的相序 外，各触发信号之间还必须保持一定的相位关系。
风力发电机组监测与控制
第四章 风力发电机组的并网技术
第四章 风力发电机组的并网技术 第一节 定桨恒速风力发电机组的软并网技术
第二节 双馈异步风力发电机组的并网技术
第三节 永磁同步风力发电机组的并网技术 第四节 风力发电机组对电网稳定性的影响
第四章 风力发电机组的并网技术 并网运行的风力发电场除了节能和环保方面的优势外，还有以
一、低电压穿越能力
图4-21
德国E.ON公司对风力发电机组的低电压穿越要求(2006)
一、低电压穿越能力 我国现行的《国家电网公司企业标准GDW 392—2009风电场接
入电网技术规定》要求比较简单，主要在于我国风电技术水平
和先进国家还存在明显差距，具体内容如下： (1)基本要求，如图4-22所示。 (2)故障类型。
(五)试验 风电场投运前，应完成有功控制系统控制指令核对工作，并完
成有功控制系统开环试验。当接入同一并网点的风电场装机容
量超过40MW时，需向调度机构提交场内测试报告(包括有功控 制系统性能指标)，调度机构审核后风电场应申请有功控制系统 闭环试验，并协同调度机构完成闭环试验；当累计新增装机容 量超过40MW时，则需要重新提交正式检测报告并试验。 风电场全场的调节精度，暂定为不大于1MW或增减负荷的5% 两者的最大值。
第三节 永磁同步风力发电机组的并网技术
图4-18 永磁同步直驱式风力发电机组的结构
第三节 永磁同步风力发电机组的并网技术
图4-19 永磁同步风力发电机组并网起动过程
第三节 永磁同步风力发电机组的并网技术
图4-20
电压空间矢量的八种工作状态
第四节 风力发电机组对电网稳定性的影响 一、低电压穿越能力
二、风电场无功功率的控制
三、风电场有功功率的控制
一、低电压穿越能力 具体要求如下：
如因三相短路或故障引起对称电压跌落在限制线1上方区域内，
不应使机组运行失去稳定或脱网。 当电压跌落程度位于限制线2上方的阴影区域内时有如下要求：
(1)发电机组不应脱网，但如果因为电网或者发电机组的原因不
能维持连接电网，那么在E.ON公司的允许下，可以改变限制线 2，但与此同时要降低重合闸时间并保证在故障期间有最小的 无功功率输出。 (2)如果在该阴影区域，单个的发电机组产生不稳定或者发电机 保护动作，在得到E.ON公司同意的情况下，短暂的脱网行为是 可以被允许的。
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
图4-6 移相角变化过程
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
图4-7
软并网过程中的并网电流
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
图4-8 软切入过程中的发电机电磁转矩
五、并网软切入对电网的影响
图4-9
等效简化传输模型
五、并网软切入对电网的影响
图4-10
传输线的电压降落向量图
风电场无功补偿装置能够实现动态的连续调节以控制并网点电
压，其调节速度应能满足电网电压调节的要求。
(二)无功容量 风电场在任何运行方式下，应保证其无功功率有一定的调节容
量，该容量为风电场额定运行时功率因数0.98(超前)～0.98(滞
后)所确定的无功功率容量范围。风电场的无功功率能实现动态 连续调节，保证风电场具有在系统事故情况下能够调节并网点 电压恢复至正常水平的足够无功容量。 百万千瓦级及以上风电基地，其单个风电场无功功率调节容量 为风电场额定运行时功率因数0.97(超前)～0.97(滞后)所确定的 无功功率容量范围。
(二)最大功率变化量
表4-1 风电场最大功率变化量推荐值
(三)紧急控制
பைடு நூலகம்
在电网紧急情况下，风电场应根据电网调度部门的指令来控制
其输出的有功功率，并保证风电场有功控制系统的快速性和可 靠性。 电网故障或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率，以防止 输电设备发生过载，确保电力系统稳定性，降低风电场有功功 率的速度应达到每分钟20%总装机容量。 当电网频率高于50.5Hz时，依据电网调度部门指令降低风电场 有功功率，严重情况下可以切除整个风电场。 在事故情况下，若风电场的运行危及电网的安全稳定，电网调 度部门有权暂时将风电场解列。事故处理完毕，电网恢复正常
四、软并网的控制规律及其对电网的影响 软并网控制的主要评价指标有以下四项：
(1)并网电流不超过额定电流的2倍。
(2)并网电流过渡平滑，不对传动轴系产生过大冲击。 (3)并网时间短。 (4)发电机转速不产生明显升高，并网完成后迅速进入稳定运行。
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
图4-5
移相角控制框图
一、低电压穿越能力
图4-22
国家电网对于低压穿越的要求(GDW392—2009)
(1)基本要求，如图4-22所示。 1)风电场并网点电压跌至20%额定电压时，风电场内的风电机
组能够保证不脱网连续运行625ms；
2)风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的9 0%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。
(三)试验 风电场投运前，应完成无功控制系统控制指令核对工作，并完
成无功控制系统开环试验。当接入同一并网点的风电场装机容
量超过40MW时，需向调度机构提交场内测试报告(包括无功控 制系统性能指标)，调度机构审核后风电场应申请无功控制系统 闭环试验，并协同调度机构完成闭环试验；当累计新增装机容 量超过40MW时，则需要重新提交正式检测报告并试验。 风电场全场的调节精度和调节速度应满足相关技术规定。
(2)故障类型。 3)当电力系统发生单相接地短路故障引起并网点电压跌落时，
风电场并网点相电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，风
电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意相电压低 于或部分低于图中电压轮廓线时，允许风电机组切出。
一、低电压穿越能力 (一)定桨恒速风力发电机组
(二)变速恒频风力发电机组
4.差值模式 此模式投入时，风电场有功控制系统应以低于预测最大可发功 率ΔP的输出功率运行，差值ΔP为预先设定值或调度机构下发值。
5.调频模式 此模式投入时，风电场在差值模式的基础上，根据系统频率或 调度机构下发的调频指令调整全场输出功率。
6.模式的投入 风电场有功控制系统的模式选择，即可现场设置，亦可调度机 构远端投入，各种模式即可单独投入，亦可组合投入。模式投 入、退出以调度机构下发的自动化信号及调度指令为准，调度 规程规定的可不待调令执行的除外。
(一)定桨恒速风力发电机组
图4-23 笼型异步发电机暂态稳定性分析
(二)变速恒频风力发电机组
图4-24 双馈异步发电机组 的有源Crowbar保护电路
(二)变速恒频风力发电机组
图4-25 永磁同步发电机组的直流侧泄放保护电路
(二)变速恒频风力发电机组
图4-26
低电压穿越过程中的有功功率-无功功率控制
三、风电场有功功率的控制 (一)基本要求
(二)最大功率变化量
(三)紧急控制 (四)控制模式 (五)试验
(一)基本要求 风电场必须具备有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指
令控制其有功功率输出。为了实现对风电场有功功率的控制，
风电场需安装有功功率控制系统，能够接收并自动执行调度部 门从远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大输出功率 及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。
(2)故障类型。 1)当电力系统发生三相短路故障引起并网点电压跌落时，风电
场并网点线电压在图4-22中电压轮廓线及以上的区域内时，风
电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意线电压低 于或部分低于图中电压轮廓线时，允许风电机组切出。 2)当电力系统发生两相短路故障引起并网点电压跌落时，风电 场并网点线电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，风电机 组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意线电压低于或 部分低于图中电压轮廓线时，允许风电机组切出。
二、软并网控制系统的主电路分析
三、软并网装置中晶闸管的触发方式 四、软并网的控制规律及其对电网的影响 五、并网软切入对电网的影响
一、软并网控制系统的结构
图4-1
软并网控制系统的结构
二、软并网控制系统的主电路分析
图4-2
软切入的控制特性
二、软并网控制系统的主电路分析
图4-3
异步电机阻抗角与转差率之间的关系