风力发电系统并网控制与变换器

风力发电系统并网控制与变换器

定速风力发电系统并网过渡过程,采用晶闸管软切入,过渡过程结束后,立即切除变换器,该变换器并非整个系统的核心。变速风力发电系统,变换器需要完成在变风速条件下,将风力机输出的频率随风速变化的交流电转换为与电网电压、频率相同、与电网实现柔性连接的交流电,控制、调节风力机以获取最大风能。交-交变换器变流效率高,且可以四象限运行,功率可快速双向流动,但采取相控方式,输出电压含大量谐波,尤其是低频时谐波含量大、功率因数低。矩阵式交-交变换器采用全控器件和先进控制手段,使得输出电压灵活可控、低频谐波含量大大减小、输入电流保持正弦等。

交-直-交电压型变换器采用二极管不可控整流,输入电流畸变、谐波增大、输入功率因数低,且能量无法双向流动。采用交-直-交电压型双PWM变换器,两电平电压型双PWM变换器主电路拓扑方案非常成熟,可以将风力发电系统的谐波含量控制得非常低,且可以调节功率因数。同时,通过PWM控制,易于实现变换器四象限运行,电路设计及控制系统设计均较矩阵式变换器简单,因此,目前得以大量采用。

风力发电机功率调整方法

1．功率过低

如果发电机功率持续(一般设置30～60s)出现逆功率，其值小于预置值Ps，风力发电机组将退出电网，处于待机状态。脱网动作过程如下：断开发电机接触器，断开旁路接触器，不释放叶尖扰流器，不投入机械刹车。重新切入可考虑将切人预置点自动提高0.5％，但转速下降到预置点以下后升起再并网时，预置值自动恢复到初始状态值。

重新并网动作过程如下：合发电机接触器，软启动后晶闸管完全导通。当输出功率超过Ps3s时，投入旁路接触器，转速切人点变为原定值。功率低于Ps，时由晶闸管通路向电网供电，这时输出电流不大，晶闸管可连续工作。

这一过程是在风速较低时进行的。发电机出力为负功率时，吸收电网有功，风力发电机组几乎不做功。如果不提高切人设置点，起动后仍然可能是电动机运行状态。

2．功率过高

一般说来，功率过高现象由两种情况引起：一是由于电网频率波动引起的。电网频率降低时，同步转速下降，而发电机转速短时间不会降低，转差较大；各项损耗及风力转换机械能瞬时不突变，因而功率瞬时会变得很大。二是由于气候变化，空气密度的增加引起的。功率过高如持续一定时间，控制系统应作出反应。可设置为：当发电机出力持续10min大于额定功率的15％后，正常停机；当功率持续2s大于额定功率的50％，安全停机。

风力发电机组退出电网

风力发电机组各部件受其物理性能的限制，当风速超过一定的限度时，必需脱网停机。例如风速过高将导致叶片大部分严重失速，受剪切力矩超出承受限度而导致过早损坏。因而在风速超出允许值时，风力发电机组应退出电网。

由于风速过高引起的风力发电机组退出电网有以下几种情况：

1)风速高于25m／s，持续10min。一般来说，由于受叶片失速性能限制，在风速超出额定值时发电机转速不会因此上升。但当电网频率上升时，发电机同步转速上升，要维持发电机出力基本不变，只有在原有转速的基础上进一步上升，可能超出预置值。这种情况通过转速检测和电网频率监测可以做出迅速反应。如果过转速，释放叶尖扰流器后还应使风力发电机组侧风90°，以便转速迅速降下来。当然，只要转速没有超出允许限额，只需执行正常停

机。

2)风速高于33m／s，持续2s，正常停机。

3)风速高于50m／s，持续ls，安全停机，侧风90°。

风力发电厂的运行与维护检修技术一

第一章风电场的运行

目前，国内风力发电机组的单机容量已从最初的几十千瓦发展为今天的几百千瓦甚至兆瓦级。风电场也由初期的数百千瓦装机容量发展为数万千瓦甚至数十万千瓦装机容量的大型风电场。随着风电场装机容量的逐渐增大，以及在电力网架中的比例不断升高，对大型风电场的科学运行、维护管理逐步成为一个新的课题。风电场运行维护管理工作的主要任务是通过科学的运行维护管理，来提高风力发电机组设备的可利用率及供电的可靠性，从而保证电场输出的电能质量符合国家电能质量的有关标准。风电场的企业性质及生产特点决定了运行维护管理工作必须以安全生产为基础，以科技进步为先导，以设备管理为重点，以全面提高人员素质为保证，努力提高企业的社会效益和经济效益。

第一节风电场运行工作的主要内容

风电场运行工作的主要内容包括两个部分，分别是风力发电机组的运行和场区升压变电站及相关输变电设施的运行。工作中应按照DL/T666-1999《风力发电场运行规程》的标准执行。

一、风力发电机组的运行

风力发电机组的日常运行工作主要包括：通过中控室的监控计算机，监视风力发电机组的各项参数变化及运行状态，并按规定认真填写《风电场运行日志》。当发现异常变化趋势时，通过监控程序的单机监控模式对该机组的运行状态连续监视，根据实际情况采取相应的处理措施。遇到常规故障，应及时通知维护人员，根据当时的气象条件检查处理，并在《风电场运行日志》上做好相应的故障处理记录及质量记录；对于非常规故障，应及时通知相关部门，并积极配合处理解决。

风电场应当建立定期巡视制度，运行人员对监控风电场安全稳定运行负有直接责任，应按要求定期到现场通过目视观察等直观方法对风力发电机组的运行状况进行巡视检查。应当注意的是，所有外出工作（包括巡检、起停风力发电机组、故障检查处理等）出于安全考虑均需两人或两人以上同行。检查工作主要包括风力发电机组在运行中有无异常声响、叶片运行的状态、偏航系统动作是否正常、塔架外表有无油迹污染等。巡检过程中要根据设备近期的实际情况有针对性地重点检查故障处理后重新投运的机组，重点检查起停频繁的机组，重点检查负荷重、温度偏高的机组，重点检查带“病”运行的机组，重点检查新投入运行的机组。若发现故障隐患，则应及时报告处理，查明原因，从而避免事故发生，减少经济损失。同时在《风电场运行日志》上做好相应巡视检查记录。

当天气情况变化异常（如风速较高，天气恶劣等）时，若机组发生非正常运行，巡视检查的内容及次数由值长根据当时的情况分析确定。当天气条件不适宜户外巡视时，则应在中央监控室加强对机组的运行状况的监控。通过温度、出力、转速等的主要参数的对比，确定应对的措施。

二、输变电设施的运行

由于风电场对环境条件的特殊要求，一般情况下，电场周围自然环境都较为恶劣，地理位置往往比较偏僻。这就要求输变电设施在设计时就应充分考虑到高温、严寒、高风速、沙尘暴、盐雾、雨雪、冰冻、雷电等恶劣气象条件对输变电设施的影响。所选设备在满足电力行业有关标准的前提下，应当针对风力发电的特点力求做到性能可靠、结构简单、维护方便、