下载文档原格式
风力发电机组电能质量测量和评估方法一、前言风力发电机组是一种越来越受欢迎的可再生能源发电设备。
随着风力发电机组的普及，对其电能质量的测量和评估变得越来越重要。
本文将介绍风力发电机组电能质量测量和评估方法。
二、风力发电机组的电能质量风力发电机组的电能质量通常由以下指标来衡量：1. 交流侧功率因数：功率因数是交流侧有功功率与视在功率之比。
良好的功率因数应该接近于1。
2. 交流侧谐波含量：谐波是指频率为原始信号整数倍的信号分量。
当谐波含量过高时，会对供电系统和其他设备造成干扰。
3. 交流侧不平衡度：不平衡度是指三相系统中三相电压或三相电流不相等的程度。
当不平衡度过高时，会导致设备运行不稳定。
4. 风机转速变化对频率稳定性的影响：当风速变化时，风机转速也会随之变化，这可能会对供电系统频率稳定性产生影响。
5. 电网侧电压波动和闪变：电压波动和闪变是指电网侧电压的瞬时变化。
当波动和闪变过大时，会对其他设备产生影响。
三、风力发电机组电能质量测量方法为了评估风力发电机组的电能质量，需要进行以下测量：1. 交流侧功率因数测量：可以通过测量有功功率、无功功率和视在功率来计算功率因数。
2. 交流侧谐波含量测量：可以通过使用谐波分析仪来测量交流侧的谐波含量。
3. 交流侧不平衡度测量：可以通过使用多功能测试仪来测量三相电压或三相电流之间的差异来计算不平衡度。
4. 风机转速变化对频率稳定性的影响测量：可以通过使用频率计来监测供电系统频率的稳定性，并记录风速和风机转速之间的关系。
5. 电网侧电压波动和闪变测量：可以通过使用快速数字录波仪来记录瞬时电压变化，并进行分析以确定波动和闪变程度。
四、风力发电机组电能质量评估方法为了评估风力发电机组的电能质量，需要进行以下步骤：1. 收集测量数据：根据上述测量方法，收集风力发电机组的电能质量数据。
2. 分析数据：使用专业软件对收集的数据进行分析，并计算出各项指标的值。
3. 制定改进措施：根据分析结果，制定改进措施以提高风力发电机组的电能质量。
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。
风力发电的电能质量分析摘要：随着风电接入电网的规模逐步增加，风电对局部电网的电能质量影响日益显著。
风能的波动性和间歇性以及风电机组本身的运行特性使风电机组输出波动功率，波动功率的输出会造成电压波动和闪变问题。
同时，风电机组中电力电子器件的广泛应用导致谐波、间谐波等问题出现。
而电能质量问题直接关系到风电场的正常运行，对风电电能质量进行深入研究有着十分重要的意义。
本文从风电机组和风电场两个层次分析风力发电的电能质量问题。
关键词：风电；电压偏差；电压波动；电压闪变；谐波1电能质量及其影响常规的电能质量描述的是通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。
理想状态的公用电网应以恒定频率、正弦波形的标准电压对用户供电。
在三相交流系统中，还要求各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120°。
但由于系统中的发电机、变压器、输电线路和各种设备的非线性或不对称，以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，破坏了这种理想状态，因此也就产生了电能质量的概念［1］。
从工程实用角度出发，电能质量包括电压质量、电流质量、供电质量及用电质量。
针对风力发电的电能质量问题，本文主要分析电压偏差、电压波动和闪变以及谐波问题。
1.1电压偏差1.1.1电压偏差的概念1.1.2电压偏差的危害电力系统在正常运行状态下，机组或负荷的投切所引起的系统电压偏差一般不大于10％。
电压偏差过大对用电设备及电网的安全稳定和经济运行都会产生以下危害。
（1）系统运行电压偏低时，输电线路的功率极限大幅度降低，可能产生系统频率不稳定，甚至导致系统频率崩溃。
（2）系统运行电压偏低时，使电网的有功损耗、无功损耗及电压损耗增加。
（3）系统运行电压偏高时，系统中各种电气设备的绝缘受损，使带铁心的设备饱和，产生谐波，并可能引发铁磁谐振。
（4）照明用电设备的运行性能恶化，降低设备使用寿命。
（5）降低家用电器的使用效率和使用寿命。
（6）导致系统中大量使用的异步电动机绕组温度升高，绝缘老化或者击穿，缩短电动机使用寿命，甚至烧毁电动机。
风力发电工作原理风力发电是一种利用风能转换成电能的可再生能源发电方式。
它的工作原理主要是通过风轮转动驱动发电机发电。
下面我们将详细介绍风力发电的工作原理。
首先，风力发电的核心部件是风力发电机组，它由风轮、发电机、塔架和控制系统等组成。
当风力发电机组安装在合适的地理环境中，当风速达到一定的程度时，风力发电机组就会开始工作。
风力发电机组的风轮是通过风的能量驱动旋转，而风轮的旋转则会带动发电机转子的旋转。
发电机转子的旋转产生感应电动势，最终输出交流电。
其次，风力发电的工作原理基于气流动能的转化。
当气流通过风轮时，风轮受到气流的冲击而旋转，这就是风力发电的基本原理。
风力发电机组利用风能的转化过程中，通过控制系统调整叶片的角度和风轮的转速，使得风力发电机组在不同风速下都能够稳定工作，最大限度地转化风能为电能。
另外，风力发电的工作原理还涉及到风能的捕捉与转换。
风力发电机组的叶片设计得非常精巧，能够充分捕捉风能。
在风力发电机组内部，通过传动装置将风轮的旋转运动转换成发电机的旋转运动，最终产生电能。
而风力发电机组的塔架设计得非常坚固，能够确保发电机组在恶劣天气下依然能够安全运行。
最后，风力发电的工作原理基于风能资源的利用。
风力发电机组的选择和布局需要根据当地的气候条件和地理环境来确定，以充分利用当地的风能资源。
同时，风力发电的工作原理也需要考虑到发电机组的运行效率和稳定性，以确保风力发电系统能够持续稳定地发电。
总的来说，风力发电的工作原理是基于风能的转化和利用，通过风力发电机组的设计和运行，将风能转化成电能。
风力发电作为一种清洁、可再生能源，具有广阔的发展前景，将在未来发电领域发挥重要作用。
风力发电并网技术及电能质量控制措施探讨能源问题是一个全球性问题，而提高能自然源利用率可有效缓解能源短缺问题。
在我国大力发展绿色经济的政策下，风力发电以其清洁无污染、无限可再生等优点被广泛应用。
但是风力发电过程必须加强电能的质量控制，本文浅议了风力发电并网技术及电能质量的控制措施。
标签：风力发电；并网技术；电能质量一、风力发电并网技术（一）同步并网技术同步发电机组的并网技术并没有被大规模的应用推广，主要是因为风力发电并网速度无法与同步发电机组的步调完全一致。
同步发电机组是将风力发电动力组与同步发电动力组合理结合，其最理想的状态是同步发电机组与风力发电机组之间的步调完全一致。
但是由于风速具有一定的不确定性，导致发电转子转矩出现一定幅度的波动，降低来了发电机组的并网调速精度。
若将二者结合起来，需考虑风力作用下的同步发电机组与风力发电机组步调不一致所造成的各种隐患。
现阶段的处理方法多为在电网和发电之间安装变频器，以减小失步的不稳定性和电力系统的无功震荡。
（二）异步并网技术异步风力发电机组并网技术主要是借助转差率实现发电机运行负荷的调整，其具体的调整精度要求并不高，在设备的安装过程中也没有同步并网技术繁琐，并且可以省去整部操作步骤，只要保证两者的转子在运转过程中运转速速接近即可。
同时，异步发电机组也有其不足，如两者在并网操作过程中很容易产生冲击电流，若冲击电流过大，则会导致电网电压水下降，对整个发电系统的安全运行造成威胁，甚至可能会造成整个风力发电系统的瘫痪。
想要从根源上解决异步发电机组的并网问题难度很大，只有加强对异步风力发电机组并网的运转监管，才是目前最有效的方法。
二、风力发电并网技术对电能质量的影响因素（一）谐波干扰在风力发电机组的并网过程中，最容易受一系列谐波因素的影响，谐波的产生主要有以下两个方面：第一是在风力发电并网过程中涉及到的逆变器产生的谐波。
第二是在电源接通后系统自身运行过程中会形成谐波源。
风电场的电能质量分析与改善随着全球对可再生能源的需求不断增长，风能作为一种清洁、可再生的能源逐渐受到重视。
风电场作为利用风能发电的重要设施，扮演着促进可持续发展的关键角色。
然而，随着风电场规模的不断扩大，电能质量问题也日益凸显。
本文将对风电场的电能质量进行分析，并探讨改善措施。
一、风电场电能质量现状分析风电场的电能质量指的是风力发电系统所提供的电能与标准电能之间的差异。
主要影响风电场电能质量的因素包括电压波动、频率偏差、谐波、闪变等。
这些问题的存在不仅会对电力系统的正常运行造成影响，还会对用户的用电设备产生不良影响。
首先，电压波动是指电网中电压出现的起伏变化。
风电场接入电网后，由于风力的变化，风机的输出功率会有所波动，由此引起电网电压的波动。
如果电网电压变化过大，就会对用户设备产生影响，甚至造成设备损坏。
其次，频率偏差是指电网电压的频率与额定频率之间的差异。
风力发电是通过转子的转动直接产生电能，而风机的旋转速度与电网的频率密切相关。
如果风力发电系统不能有效地跟踪电网频率，就会导致频率偏差，从而影响电网的稳定运行。
此外，谐波是指存在于供电电流和电压中比基波频率高的无功电波成分。
风电场中，逆变器等电力电子设备的使用会引入谐波，而高比例的谐波会导致电网电压波动、电动机发热等问题。
闪变是指电力系统中瞬时功率较大变化导致光强变化的现象。
风力发电系统中，风速的不稳定会导致风机的功率输出有较大幅度的变化，进而引起电能质量的闪变问题。
闪变不仅会影响生产设备的正常运行，还会对住宅区域的居民产生不适。
二、风电场电能质量改善措施为了改善风电场的电能质量问题，可以采取以下措施：1. 电力系统设计优化：在风电场的规划和建设阶段，应考虑电力系统的合理设计，包括合理配置变压器容量、采用适当的电缆和导线、防止并网运行引起谐波等。
通过优化设计，可以降低电能质量问题的发生。
2. 定期检修设备：风力发电机组在运行过程中可能会遇到各种故障，这些故障会对电能质量产生不利影响。
小议风力发电并网技术及其对电能质量的影响【摘要】本文基于笔者的实际工作，分析了风力发电并网技术，随后对风力发电并网技术对电能质量造成的影响进行了详细分析，以最终保证风电场和电网能够稳定运行。
【关键词】风力发电并网技术电能质量影响在二十一世纪，风力发电为一类发展最为迅速的可再生能源，由于风电场具有的容量日益变大，对系统产生的影响日益突出，进行风力发电并网对电能质量的影响变为关键的课题，基于种种原因，其会给配电网造成谐波污染、电压波动以及闪变的影响，风电的随机性使发电及运行计划的确定有了难度。
该文重点分析了风力发电并网技术，还研究了风力发电并网技术对电网电能质量造成的影响，最后还探讨了电压波动及闪变的抑制办法。
一、风力发电并网技术的分析风电电源和电网电源二者在相序、电压频率、有效值以及相位、波形都相同或者大致相同，其即为风电机组的并网条件。
1.双馈异步发电机组并网双馈异步电机的转子经过变频器使用交流励磁，电机与电网间组成“柔性连接”，能根据电网电压及电流、发电机的转速，通过控制机侧变换器对发电机转子励磁电流进行调节，进而准确地控制发电机定子的电压，保证它符合并网条件，所以能于变速之下进行并网。
全部并网调节的过程通过转子变频器得以实现，不用外增硬件装置。
调节精度不仅高，并网冲击还不大。
2.异步发电机的并网技术当今，异步发电机的并网不仅包括降压、直接以及准同期并网方式，还包括晶闸管软并网以及捕捉式准同步并网方式。
对于降压并网方式，其于发电机和电网二者之间进行白耦变压器、电阻、电抗器的串联，进而减少并网之时的冲击电流以及电网电压降落的幅度。
当发电机进行稳定运行之时，要及时地由电路之中把接入的电阻元件除去，防止消耗功率。
对于直接并网方式，在并网之时，发电机的相序应相等于电网的相序，在异步发电机的转速大致达到同步转速的0.9到1.0的时候，便能自动并入电网。
对于自动并网的信号，测速装置能给出来，空气开关自动合闸并网得以完成。
风电系统能量转换裕度分析风电系统作为一种清洁、可再生的能源技术，在全球范围内得到了广泛的应用和快速发展。
风电系统的核心是将风能转换为电能，这一过程涉及到多个环节和多种技术。
能量转换裕度分析是评估风电系统性能和可靠性的重要手段。
本文将从风电系统的基本组成、能量转换过程以及影响能量转换裕度的因素等方面进行探讨。
一、风电系统的基本组成风电系统主要由风力发电机组、塔架、控制系统、变流器、输电线路等部分组成。
风力发电机组是系统的核心，它负责将风能转换为机械能，进而转换为电能。
塔架支撑风力发电机组，使其能够迎风旋转，以获取最大的风能。
控制系统负责监控和调节风力发电机组的运行状态，确保系统安全稳定运行。
变流器则将风力发电机组产生的电能转换为适合电网传输的电能。
输电线路则负责将电能输送到用户端。
1.1 风力发电机组风力发电机组包括风轮、发电机、传动系统等。
风轮是捕捉风能的关键部件，其设计直接影响到能量转换的效率。
发电机则将机械能转换为电能，常见的有同步发电机和异步发电机。
传动系统则连接风轮和发电机，将风轮的旋转运动传递给发电机。
1.2 塔架塔架的高度和稳定性对风电系统的性能有着重要影响。
较高的塔架可以使得风力发电机组处于风速更高的位置，从而提高能量转换效率。
同时，塔架的稳定性也是保证系统安全运行的关键。
1.3 控制系统控制系统是风电系统的大脑，它通过各种传感器实时监测风速、风向、温度等环境参数，以及风力发电机组的运行状态，根据这些信息进行智能控制，以实现最优的能量转换。
1.4 变流器变流器的作用是将风力发电机组产生的电能转换为适合电网传输的电能。
它需要具备高效率、高可靠性，并能够适应风力发电机组输出的波动性。
1.5 输电线路输电线路是连接风电场和用户的桥梁。
它需要具备足够的传输能力，以满足风电系统产生的电能的输送需求。
二、风电系统的能量转换过程风电系统的能量转换过程可以分为几个阶段：风能捕捉、机械能转换、电能转换和电能传输。
风力发电机组电能质量测量和评估方法一、引言风力发电是一种清洁、可再生的能源，它的快速发展为环境保护和能源开发提供了一个可行的途径。
而风力发电机组的电能质量对于电网的稳定运行和用户电器设备的正常使用具有重要影响。
因此，对风力发电机组电能质量进行准确、全面的测量和评估显得尤为重要。
二、风力发电机组电能质量的影响因素风力发电机组的电能质量受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：2.1 风能资源风能资源的变化直接影响发电机组的输出电能质量。
风能资源的稳定性和可预测性决定了发电机组输出电能的稳定性和可靠性。
2.2 风力发电机组的设计和运行状态风力发电机组的结构设计和运行状态对电能质量具有重要影响。
例如，发电机组的转子不平衡、齿轮箱的运行状况、风轮叶片的损坏等都会导致电能质量下降。
2.3 变流器和逆变器的性能变流器和逆变器是风力发电机组的核心组件，其性能会直接影响发电机组的电能质量。
变流器和逆变器的谐波抑制能力、响应速度、输出电压波形失真等参数都需要进行准确的测量和评估。
2.4 电网的影响发电机组并网运行时，电网对其电能质量也有一定的影响。
例如，电网电压的稳定性、频率的波动以及电网并网口的过渡电阻等因素都会对发电机组的电能质量产生影响。
三、风力发电机组电能质量测量方法准确、全面地测量风力发电机组的电能质量是评估和改善电能质量的前提。
下面介绍几种常用的风力发电机组电能质量测量方法。
3.1 电能质量参数测量通过测量风力发电机组的电压、电流、频率、功率因数等电能质量参数，可以全面了解发电机组的电能质量状况。
测量方法可以采用专业的电能质量分析仪或可编程数据采集设备。
3.2 谐波分析风力发电机组的输出电压和电流中可能会存在谐波成分，谐波对电网和用户设备都会产生负面影响。
通过谐波分析，可以确定风力发电机组输出电能中的谐波含量，并针对性地采取相应的措施进行抑制。
3.3 电能质量监测系统建立一个完善的电能质量监测系统，可以实时监测风力发电机组的电能质量，并对异常情况进行及时报警和处理。
浅谈风力发电机原理及风力发电技术摘要：风能作为自然资源，是新能源的重要组成内容，借助于风能进行发电是当前新能源发电的主导方法，而且该发电方法越来越受到世界各国的关注。
基于此，本文将对风力发电机原理及风力发电技术进行分析。
关键词：风力发电机；发电原理；风力发电技术1 风力发电的技术原理风能是一种清洁无公害的能源，在当前社会发展过程中，合理应用风力发电技术，不仅能够实现风力资源的有效利用，还能满足人们生活、生产对电能的需要。
风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，把风的动能转变为风轮轴的机械能。
发电机在风轮轴的带动下旋转发电。
近年来，随着人们环保节能意识的不断深入，为了进一步提升风能的利用率，风力发电系统越发复杂，当前的风力发电机系统中除了风轮系统、发电机外，还有齿轮箱、控制系统、偏航系统和塔架等部分。
具体来说，首先，在风力发电系统运转过程中，齿轮箱中齿轮的相互作用可以有效提升发电机的转速，在提升发电机工作效率的同时，保证了电力供应的稳定性。
其次，在风电系统运转过程中，控制系统是保证系统整体稳定工作的关键系统，不仅能够对风电系统中的各个模块进行有效的管控，对风电系统并网、脱网状态进行控制，保证风力发电机能够保持电压频率的稳定性，还能对系统整体工作状态加以监控，一旦发现系统运转过程中出现问题，则及时发出警报信号，便于工作人员对故障进行排除。
再次，偏航系统在实际应用过程中，能够依据风电系统安装位置风力变化情况，对风轮的扫掠面进行控制，通过保证扫掠面与风向始终保持垂直状态的方式，进一步提升风力资源的利用效率。
最后，在风力发电系统停止工作时，为切实降低风力发电系统停机的难度，可以通过合理应用伺服控制技术，调整桨距角改变风轮转速，从而实现风电发动机的速度的管控，在保证系统能够稳定停止运转的同时，不会给后续发电系统的重启造成不利影响。
2 风力发电技术要点2.1 变速风力发电技术简单理解，这一技术就是改变原有发电机恒速运动，在风速发生变化时，风力发电机组的状态也会出现改变，这样就能够依照风速的大小实时调节发电系统运行中各类设备的运行状态，以此获取恒定的发电频率。
风力发电机组发电性能分析与优化摘要：作为一种新能源，风力发电正在不断的改善环境，其在全球经济和社会发展中的作用是不可估量的。
我国的风力发电已经取得了一些成就，但仍然面临着许多挑战，所以针对发电能力相对较低的机组，急需找到优化其发电能力的方法，本文通过对风力发电机组发电能力的分析，从硬件和软件两个方面排查影响风机发电能力的原因，研究提升风力发电机发电能力的方法。
关键词：风力发电机组；发电性能；优化1风力发电系统组成第一种常见的风力发电机是恒速恒频感应风力发电机，由这种风力发电机构成的风力发电机系统结构，按照从前端到后端的顺序，分别为风轮为主的风力机、齿轮箱、异步发电机、三相并联电容器。
采用定桨距失速调节时，风力发电机输出电压的频率为恒定频率，感应风力发电机会向电网同时吸收有功功率和无功功率。
为解决这一问题，通常采用机组电容器相并联的方法，使整个电网的功率得到改善。
风能的不确定性会导致恒速恒频发电系统的风能利用不足。
第二种双馈异步风力发电机组的结构形式。
绕线式三相异步发电机中的双馈异步发电机，属于目前变速恒频风力发电机的主流机型之一。
定子绕组直接连接到交流电网中，转子绕组机构与变频器直接相连，变频器控制电动机。
双馈异步风力发电机采用双向变流器控制转度，结构较为完整，可实现连续变速运行，风能转换速度高，电能质量好；可以改善对风轮机叶片的机械应力：双馈电机直接连接到电网。
电力电子换流器控制发电机的转子电流和电磁转矩，并且当风速发生变化时，风轮主轴转子转速也随之发生改变，最大可能地捕捉和利用风能，从而提高了能源利用率。
第三种直驱式同步风力发电机组。
同步电动机励磁机组可以使用直流或永磁励磁。
由于转子磁极对的数量众多，电动机的外形尺寸又大又笨重，操作和起吊不方便，价格高昂。
在直流励磁模式的同步电机中，励磁电流决定转子速度，从而控制电磁转矩以捕获最大的风能。
直流励磁的同步电动机，能够降低励磁损耗；永磁同步电动机会产生消磁现象。
风力发电机组的系统控制随着环境保护意识的不断提高和能源危机的加剧，风力发电作为一种清洁、可再生的能源利用方式，逐渐受到人们的关注和推广。
而风力发电机组的系统控制是实现稳定、高效发电的重要保障。
一、风力发电机组的系统组成和工作原理风力发电机组由风轮、转速控制系统、发电机和电力转换器等组成。
当风轮受风的作用旋转时，转动产生动能被传给发电机，经过电力转换器转化成交流电并输出。
其中，转速控制系统对风轮的转动进行调节，保证发电机在最大效率下运转。
二、风力发电机组的系统控制策略1.转速调节：转速调节是风力发电机组的基本控制策略。
其目的是保证风轮叶片旋转的速度达到最优区间，从而提高发电机的输出功率。
转速调节主要分为机械、电子和混合控制等方式。
机械控制：传统的机械控制方式采用转向浆的机械设计，通过改变羽片的角度来控制风轮转速。
该方式简单、成本低但稳定性不够。
电子控制：通过控制发电机转子上的磁场来改变发电机的输出功率，进而实现转速控制。
该方式精度高、稳定性好但成本较高。
混合控制：将机械和电子控制方式的优点结合起来，增强控制系统的稳定性和可靠性。
混合控制方式是当前主流的转速调节方式。
2.偏航控制：偏航控制是风力发电机组的必要控制策略，用来控制风轮的方向。
在复杂的气象条件下，通过偏航控制将风轮转向风向，并在突发的气象变化中及时调整风轮方向，减小因系统失控导致的风力发电机组运行出现事故。
3.电网支撑和功率平衡控制：电网支撑和功率平衡控制是指将风力发电机组的输出能量与电网负荷之间建立反馈控制，保证电能质量和电力系统的稳定性。
在市场化环境，对接电网的风力发电机组还需要实现功率平衡控制，控制机组的风电功率与基础负荷之和保持稳定。
三、风力发电机组的系统控制优化随着风力发电行业的快速发展，风力发电机组的系统控制的优化已成为实现高效、稳定发电的重要途径。
通过优化转速调节、偏航控制、电网支撑和功率平衡控制等关键系统控制策略，可以实现以下目标：1.提高机组发电效率，降低运行成本；2.提高机组的响应速度，保证风场运行的稳定性；3.实现对风力资源与市场需求的动态调整，提高风力发电系统的灵活性；4.通过风力发电机组的智能化控制系统，实现设备状态监测、故障诊断等高端需求。
风力发电系统基本原理及电能质量分析
1、风力发电机组的基本结构和工作原理
典型的风力发电机组主要由风轮( 包括叶片、轮毂)、(增速)齿轮箱、发电机、对风装置(偏航系统)、塔架等构成。
具体结构如图2.1所示。
其工作原理为：风以一定的速度和攻角流过桨叶，使风轮获得旋转力矩而转动，风轮通过主轴联接齿轮箱，经齿轮箱增速后带动发电机发电。
图1 风力发电机组的基本结构（水平轴、上风向型）
由于风力发电机组频繁起停，风轮转动惯量又很大(大型风力发电机组的单个叶片重达数吨)，故风轮的转速设计值较低，通常20-30r/min(机组容量越大，转速越低)；另一方面，为了限制发电机的体积和重量，其极对数较少，故在风轮与发电机间通常设置增速齿轮箱，将风轮输入的较低转速增至1000-1500r/min以满足发电机所需。
风力机按空气动力学原理可分为升力风机和阻力风机，按风轮主轴的方向分为水平轴、
垂直轴两大类；对水平轴风力机，需要风轮保持迎风状态，根据风轮所处的位置分为上风向
和下风向两类，其中上风向风轮位于塔前，下风向风轮位于塔后。
现代风力发电机组大多数
采用上风向(风轮在塔架前面迎着风向旋转)、水平轴式(风轮的旋转平面与风向垂直、旋转
轴与地面平行)、3叶片，且在大型机组中采用变桨距风轮，即桨叶与轮毂不像传统的定桨
距失速型那样采用刚性联接，而是通过可转动的推力轴承或回转支撑联接，以使叶片攻角可
随风速变化进行调整从而对风轮进行调速(限速)。
风力发电机组中的发电机一般为异步发电机(包括笼型、绕线型)或同步发电机(包括永
磁、电励磁)，采用何种形式的发电机主要取决于风力发电系统的形式。
由风力机的基本理论得到风中所蕴含的功率为：
312
P fv ρ= 其中错误!未找到引用源。
为空气密度，f 为流面面积，v 为风速。
风轮通过对空气的
迟滞把风功率转换成风机转子的机械功率。
然而风轮并不能完全吸收风功率，若流过流面的
空气被完全足赛，即流量为0，功率也为0。
若不加然和阻滞，则流入能量等于流出能量，
也得不到功率。
必须在这两种极端情况间取一最佳状态，根据Betz 理论理论上风机所获得
机械功率为：
312
p P fv C ρ= p C 为功率系数，而p C 的最大值约为0.59，即风能最高利用率为59%。
功率系数p C 是叶尖速比λ和桨叶桨距角β的非线性函数而叶尖速比为风轮尖端线速
度与风速之比：
wR v
λ= 其中w 为风轮角速度，R 为风轮半径，v 为风速。
图1和图 2分别为基于某定桨距风力机四参数模型、某变桨距风力机七参数模型的
p C -λ曲线。
00.5
1
1.5
22.53
3.5
4
4.5
0510152025
λ
c
P
图2 定桨距风力机p C -λ曲线
图3 变桨距风力机的p C -λ曲线
图2表明在桨距不变的情况下存在λ使p C 取得最大值，而图3表明在不同的桨距情况下取得最大值时对应的叶尖速比错误!未找到引用源。
的值是不同的，且获得的最大功率系数的值也不同，同时不同桨距下叶尖速比相同时风能的功率系数也是存在差异的。
因此，通
过改变桨距和叶尖速比可提高风能利用率，优化风力发电机组的功率输出。
2、风力发电电能质量分析
风能因具有随机性、间歇性和不可调度性的缺点，随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，并网后对风电机组功率连续波动和本身产生电力脉动给电力系统的电能质量带来负面影响， 需要研究风电的特性和评估其对电能质量的影响。
风力发电并网产生的电能质量问题主要有两个，一个是电压波动和闪变，另一个就是谐波。
2.1风电并网引起的电压波动与闪变问题
风电机组引起电压波动和闪变的根本原因是风电机组输出功率的波动，研究电压波动和闪变首先要分析风力发电系统的功率问题。
图3为风力发电机组并网示意图，其中E 为风电机组电压相量，U 为电网电压相量，R 、X 分别为线路电阻和电抗，I 为线路电流相量。
图3 风力发电机组并网示意图
假设风力发电机组的输出的有功功率和无功功率分别为P 、Q ，那么则有并网点电压为：
PR QX PX QR U E j E E
+-=-- 由上式可知当风力发电系统输出功率发生波动时，将会引起并网点电压发生波动，而电压波动将会有可能引起闪变现象。
风机转化的风能为：
312
p P fv C ρ= 错误!未找到引用源。
为空气密度，f 为流面面积，v 为风速，C p 为功率系数。
由上式可知风电机组的输出功率与风速、空气密度有关，风电机组的输出功率随风况的变化在0功率和额定功率之间不断波动。
2.2风电并网引发的谐波问题
对于风电机组来说，发电机本身产生的谐波是可以忽略的，谐波问题的来源是风电机组中采用的电力电子元件。
对于直接和电网相连的恒速风机，在连续运行过程中没有电力电子器件参与，因而也基本没有谐波产生，当机组软并网装置处于工作状态操作时，将产生谐波电流，但由于投入的过程较短，发生的次数也不多，这时的谐波注入通常可以忽略，因此直接采用异步发电机与电网连接的风机谐波分量不大。
变速风电机组则采用大容量的电力电子元件，直驱永磁同步风力发电机组的交直交变频器采用可控PWM 整流或不控整流后接DC /DC 变换，在电网侧采用PWM 逆变器输出恒定频率和电压的三相交流电；双馈式异步风力发电机组定子绕组直接接入交流电网；转子绕组端接线由三只滑环引出接至一台双向功率变换器，电网侧同样采用PWM 逆变器，定子绕组端口并网后始终发出电功率；转子绕组端口电功率的流向则取决于转差率。
不论是哪种变速风电机组，并网后变流器将始终处于工作状态。
因此，变速风电机组的谐波注入问题需要考虑。
IEC 61400—2l 《并网风电机组电能质量测试和评估》中提出了风力发电谐波相关的检测与评估方法。
1、风力发电机组谐波的检测
IEC61400-21标准中规定，只考虑采用PWM 变换器的并网型风力发电机组的谐波问题。
在连续运行过程中输出的各次电流谐波分量，必须测量到基波频率的50倍(即直到第50次谐波)，而且必须确定出最大谐波电流畸变率THD 。
其中，各次谐波电流分量应基于10 min 的观察给出，并且为这10 min 内各次谐波电流分量的最大值。
2、多台风力发电机组的谐波电流计算
IEC61400-21标准中同样给出了连接在公共连接点上的多台风力发电机组引起的谐波电流的计算公式：
h I ∑=
其中h I ∑为公共连接点上的h 次谐波畸变率；错误!未找到引用源。
为连接到公共连接点上的风力发电机组数目；i n 为第i 台风电机组的变压器变比；,h i I 为第i 台风电机组h 次谐波电流畸变；错误!未找到引用源。
为一指定参数，当h ﹤5时，错误!未找到引用源。
=1.0，当5≦h ≦10时，错误!未找到引用源。
=1.4；当h ﹥10时，β=2.0（IEC 61000-3-6规定）。
