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
f1=fm±f2
5 PART 风电并网对电网的影响
风力机的输出功率与发电机转速的关系图
变速恒频风力发电机组的运行分三个阶段： (1)起动阶段。发电机转速从静止上升
到切入速度。在切入速度以下，发电机并 没有工作，机组在风力作用下作机械转动 不涉及发电机变速的控制。
(2)在变速运行阶段。发电机转速被控 制以跟踪风速的变化，从而获取最大的能 量。
(3)功率恒定阶段。在额定风速以上， 风力发电机组的机械和电气极限要求转子 速度和输出功率维持在限定值以下。
单速异步风力发电机 4极 750、800、850、1300KW
特点：结构简单，并网方便；功率因数低，捕捉风能效果较差
2、变速型风力发电系统
2.1 直驱型变速风力发电系统
永磁型全功率直驱风力发电系统
无齿轮增速， 便于维护， 故障率低； 但是电机体 积庞大
励磁型全功率直驱风力发电系统
直驱型风电机组：永磁或电励磁多极同步发电机 直驱型风电机组装置
1. 增大调峰、调频难度 风电的反调峰特性增加了电网调峰的难度。 风电的间歇性、随机性增加了电网调频的负担。
电网负荷
风机发电
2.加大电网电压控制难度
随着大规模风电场接入电网，电网运行控制出现了很大困难。 风电场运行过度依赖系统无功补偿，限制了电网运行的灵活
有功功率和无 功功率
直驱式永磁同步风力发电机组的主控制框图
永磁直驱式同步风力发电机常采用全功率变流 装置并网，全功率变流装置采用交-直-交变频系统， 使发电机组工作频率与电网频率相互独立。能量全部 通过变流器传输至电网。
在直驱式永磁同步 全功率变流器中， 机侧变流器常采用 转子磁场定向矢量 控制策略，实现发 电机的转矩电流与 励磁电流独立控制， 转矩指令由主控系 统发出。
直驱式永磁同步风力 发电机网侧变流器常 采用电网电压定向矢 量控制策略，实现有 功无功的解耦控制， 同时另有直流侧母线 电压控制来实现直流 环节电压的恒定。
双馈式风力发电机变流器网侧变流器的控制策略与直驱式网侧 变流器控制策略相同，机侧变流器常采用定子磁场定向矢量控 制策略，实现定子侧有功无功解耦控制
我国00 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000
5000 0
全球风电累计装机前十名的国家
风力发电概况
欧洲最新开发的风力发电机
风力发电概况
风力发电机组发展趋势
PART 2 风力发电开发的背景和意义
风力发电是电力可持续发展的最佳战略。技术创新使风电技术 日益成熟，具有强大的市场竞争能力。 风力发电技术的推广能减少资源消耗和环境污染,减少温室气 体等有害气体的排放,缓解全球变暖,保护环境，有着巨大的社 会效益和经济效益。
我国拥有丰富的陆上与海上风能资源，适宜大规模开发风力 发电。国家发改委2009 年3 月公布的“关于组织实施可再生 能源和新能源高技术产业化专项的公告”中明确指出风力发 电是“可再生能源和新能源高技术产业化专项重点领域”
我国风能资源主要集中在“三北”地区，大多远离负荷中心。 我国积极推进大基地大电网的风电开发模式，一批百万千万级、 千万千万级风电基地正在规划
1 PART
风力发电概况
风力发电概况
风力发电作为一种清洁可再生能源，最近20年 在世界范围内迅猛发展
欧盟目标在2020年风电占整个能源的比例达到 20%，还需新增风电装机容量100-200GW。
美国能源目标是在2030年通过发展风力发电增 加20%，这样也需要新增装机容量300GW。
在我国从2004年开始，并网型风力发电进入了 一个高速发展阶段，2010年，风电装机容量达到 41GW，计划在2020年达到100GW。
3 PART 风力发电机的主要类型
风力发电机机型概述
定桨定速型发电机组 双速异步风力发电机 单速异步风力发电机
变桨变速型发电机组
异步发电方式 双馈发电方式 同步发电方式
直驱型风电机组 半直驱型风电机组 多发电机型机组
1、定速型风力发电系统
双速异步风力发电机 4极/6极 600KW/125KW
风力发电概况
在过去几年中，尽管海上风电提速，但是陆上风电仍然是风电开发的重点， 占全部风电装机的98%以上，海上风电仅占1.3%左右。风机的大型化倾向抬 头，世界前十名企业都在大力研发5MW以上的风机，10MW的风机预计会在 2015之前下线。从技术路线发展趋势来看，大型化促使了直驱技术的发展。
风力发电概况