第四讲 风力发电机组的并网运行

大型风电场运行的特点及并网运行的问题时间：2011-2-25 来源：<电器工业>广东电网公司茂名电白供电局区邓恩思近年来,我国风电已经迈向快速发展的步伐。

按装机总容量计算,我国已经超过意大利和英国,成为世界第6大风电大国。

大规模的风力发电必须要实现并网运行，然而由于风电自身的特点,大规模风电接入会对电网产生负面影响。

由于风力资源分布的限制，风电场大多建设在电网的末梢，网络结构相对薄弱，风电场并网运行必然会影响到电网的电压质量和电压稳定性。

由于风电本身具有不可控、不可调的特征，造成风电出力的随机性和间歇性。

而电网必须按照发、供、用同时完成的规律，连续、安全、可靠、稳定地向客户提供频率、电压合格的优质电力。

风电场并网的研究内容涉及到电能质量、电压稳定性、暂态功角稳定性及频率稳定性等。

本文主要介绍大型风电场并网对电力系统的影响及对策。

一、大型风电场运行的特点1、风能的能量密度小，为了得到相同的发电容量,风力发电机的风轮尺寸比相应的水轮机大几十倍。

2、风能的稳定性差。

风能属于过程性能源,具有随机性、间歇性、不稳定性,风速和风向经常变动,它们对风力发电机的工况影响很大。

为得到较稳定的输出电能,风力发电机必须加装调速、调向和刹车等调节和控制装置。

3、风能不能储存。

对于单机独立运行的风力发电机组,要保证不间断供电,必须配备相应的储能装置。

4、风轮的效率较低。

风轮的理论最大效率为59.3%,实际效率会更低一些,统计显示,水平轴风轮机最大效率通常在20%~50%,垂直轴风轮机最大效率在30%~40%。

5、风电场的分布位置经常偏远。

例如,我国的风电资源虽然比较丰富,但多数集中在西北、华北和东北“三北地区”。

由于风能具有以上特点,使得利用风能发电比用水力发电困难得多。

总之,风电的最大缺点是不稳定,风电系统所发出的电能若直接并入电网将影响局部电网运行的稳定性。

二、大型风力发电场并网运行引起的问题分析风电场接入电网一般有两种方式，一种是传统的并网方式，单个风电场容量均比较小，作为一种分布式电源，分散接入地区配电网络，以就地消纳为主；另一种是在风能资源丰富区域集中开发风电基地，通过输电通道集中外送，如欧美国家规划中的海上风电和我国正在开发的内蒙古、张家口、酒泉和江苏沿海千万千瓦级风电基地。

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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。

风电场并网运行控制策略及其优化随着全球对环保问题的关注日益加深，可再生能源的开发和利用成为了全球能源发展的重要方向。

其中，风能作为一种无污染、不排放温室气体的清洁能源逐渐受到各国政府和企业的青睐。

如今，全球范围内的风电装机容量正在不断增长，风电场的建设和运行控制面临着新的挑战。

因此，对风电场并网运行控制策略及其优化进行深入研究，对于提高风电发电效率和降低风电场的运行成本具有重要意义。

一、风电场并网运行控制策略概述风电场并网运行控制策略主要是指风力发电机组和电网之间的协调控制。

在国内外的风电场建设中，为了适应电网对稳定电压、频率和无功功率等方面的要求，采取了多种并网运行控制策略。

1、半随风启动策略半随风启动策略是指当机组转速达到一定值时，再投入电网并网运行。

这种策略可以降低并网电流的冲击，使风力发电机组较轻松地完成并网过程。

2、恒功率控制策略恒功率控制策略是指将输出功率控制在一个设定值，通过控制电网侧的电压来实现控制目标。

这种策略适用于小型风电场。

但是在大型风电场中，因为电网的容量限制，恒功率控制策略的适用范围有限。

3、最大功率跟踪策略最大功率跟踪策略是指通过控制叶片的角度和转速来实现输出功率最大化。

这种策略适用于风能资源稳定的情况下，但是在不稳定的风能资源条件下，其控制精度会受到较大的影响。

4、双馈风力发电机控制策略双馈风力发电机控制策略是指在风力发电机和电网之间加入一个功率电子装置，将转子电流变成可控制的电流去控制输出功率。

这种策略具有较好地控制性能和经济性。

以上是常见的并网运行控制策略，这些策略在不同的风电场中有不同的应用范围和效果。

为了提高并网运行的效果，需要进行策略的优化研究。

二、风电场并网运行控制策略优化风电场并网运行控制策略的优化主要包括以下方面：1、优化风机控制策略针对不同风能资源的变化，采取不同的控制策略来实现并网运行，通过根据实时表观功率和风速数据，对风机的控制策略进行实时调整，可以最大限度地发挥风力资源的利用效益。

第一章绪论风能是一种清洁的、储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界的矿物质燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少，因此可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。

而矿物质燃料储量有限，正在日趋减少，况且其带来的严重的污染问题和温室效应正越来越困扰着人们。

因此风力发电正越来越引起人们的关注。

[1]1风力发电概述1.1风力发电现状与展望全球风能资源极为丰富，技术上可以利用的资源总量估计约53×106亿kWh /年。

作为可再生的清洁能源，受到世界各国的高度重视。

近20年来风电技术有了巨大的进步，发展速度惊人。

而风能售价也已能为电力用户所承受：一些美国的电力公司提供给客户的风电优惠售价已达到2～2.5美分/kWh，此售价使得美国家庭有25%的电力可以通过购买风电获得。

2004年欧洲风能协会和绿色和平组织签署了《风力12——关于2020年风电达到世界电力总量的12%的蓝图》的报告，“风力12%”的蓝图展示出风力发电已经成为解决世界能源问题的不可或缺的重要力量。

按照风电目前的发展趋势，预计2008～2012年期间装机容量增长率为20%，以后到2015年期间为15%，2017～2020年期间为10%。

其推算的结果2010年风电装机1.98亿KW，风电电量0.43×104亿kWh，2020年风电装机12.45亿KW，风电电量3.05×104亿kWh，占当时世界总电消费量25.58×104亿kWh的11.9%。

[2]世界风电发展有如下特点：（1）风电单机容量不断扩大。

风电机组的技术沿着增大单机容量、提高转换效率的方向发展。

风机的单机容量已从600KW发展到2000～5000KW,如德国在北海和易北河口已批量安装了单机5000KW的风机,丹麦已批量建设了单机容量2000～2200KW的风机。

新的风电机组叶片设计和制造广泛采用了新技术和新材料，有效地改善并提高了风力发电总体设计能力和水平。

风电场电网接入技术及并网运行规程随着全球对可再生能源的需求不断增加，风电成为了当前最为广泛使用的清洁能源之一。

风电场作为风能转化为电能的重要设施，其电网接入技术和并网运行规程的有效实施，对于确保风电产能释放、电网稳定运行以及实现可再生能源并网具有重要意义。

本文将深入探讨风电场电网接入技术和并网运行规程的相关内容，为风电行业的持续发展提供参考。

风电场电网接入技术作为确保风电场安全高效运行的基础，其主要任务是将风电场发出的电能安全送入电力系统。

首先，电网接入技术需要保证风电场的电能与电力系统的频率、电压等参数能够匹配，在不破坏电力系统稳定运行的前提下实现双方的互联互通。

其次，电网接入技术还需考虑到风电场的发电能力和变化情况，以确保电网供需平衡和稳定性。

最后，电网接入技术需要具备故障检测与处理机制，以及快速切除和重连电力系统的能力，以应对突发的故障情况。

在实际应用中，常见的电网接入技术包括并联运行技术、串并联技术和VSC-HVDC技术。

并网运行规程则是对风电场并入电力系统后的运行行为进行规范和管理的文件，其主要目的是确保风电场与电力系统之间的安全稳定运行。

首先，规程需要明确电力系统的要求和标准，以确保风电场在并入电力系统后能够满足其安全可靠性要求。

其次，规程需要制定风电场的运行参数和限制条件，以确保风电场在规定范围内进行电力调度和控制，并统一风电场各个环节的运行模式。

最后，规程还需要明确风电场与电力系统之间的通信和数据交互要求，以便实现双方之间的信息互通和监测控制。

要实施风电场电网接入技术和并网运行规程，需要考虑以下几个方面的问题。

首先，需要建立统一的标准和规范，以便不同地区和国家的风电场能够实现互联互通和相互协调。

其次，需要加强对风电场电网接入技术和并网运行规程的研究和开发，以满足不断变化的风电场和电力系统的需求。

此外，还需要加强对风电场运行状态的监测和控制技术的研究，以提高风电场的运行效率和可靠性。

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。

风电场并网运行管理关键技术解析随着清洁能源的重要性日益凸显，风电作为一种可再生能源，在能源结构调整中扮演着越来越重要的角色。

而风电场的并网运行管理则是保障其稳定运行和发挥最大效益的关键。

本文将就风电场并网运行管理的关键技术进行解析，探讨其在风电产业发展中的作用和挑战。

1. 风电场的并网接入技术风电场的并网接入是指将风电场与电网相连接，使其能够向电网输送电能。

在并网接入中，关键技术包括：- 输电线路规划设计：根据风电场的地理位置和电网负荷情况，合理规划输电线路，确保输电效率和稳定性。

- 变流器技术：利用变流器将风力发电机产生的交流电转换为适合电网输送的直流电，实现风电场与电网的匹配。

- 并网控制技术：采用先进的并网控制系统，实现风电场与电网的同步运行，保障电网稳定性。

2. 风电场的运行监控与维护技术风电场的运行监控与维护是保障风电设备安全稳定运行的重要环节。

关键技术包括：- 远程监控系统：通过远程监控系统实时监测风电机组的运行状态和电力输出，及时发现和处理异常情况。

- 预防性维护技术：利用大数据分析和智能诊断技术，预测风电设备的故障和损坏，提前进行维护，降低停机率，提高风电场的可靠性和可用性。

- 定期检修与保养：制定科学的检修计划，定期对风电设备进行检修和保养，延长设备寿命，提高运行效率。

3. 风电场的功率调度与优化技术风电场的功率调度与优化是实现风电资源最大化利用的关键。

关键技术包括：- 预测技术：利用气象数据和风电场历史运行数据，对风力发电的产能进行精准预测，为功率调度提供依据。

- 多元能源协调调度技术：将风电与其他能源（如太阳能、水力等）进行协调调度，实现能源互补和平稳供应。

- 储能技术：采用储能设备（如电池、压缩空气储能等），存储风电场的过剩电能，以应对风力波动带来的不稳定性，提高风电的可调度性和稳定性。

4. 风电场的安全管理技术风电场的安全管理是保障人员和设备安全的重要保障。

关键技术包括：- 安全监测与预警系统：建立完善的安全监测与预警系统，实时监测风电场的安全运行状态，及时预警并采取应对措施。

风能发电工程施工中的并网接入与运行调试步骤风能发电是一种环保、可持续的能源形式，随着技术的进步和人们对可再生能源的需求不断增加，风能发电工程在全球范围内得到了广泛的推广和应用。

在风能发电工程的施工中，并网接入和运行调试是其中关键的步骤之一，下面将为您介绍风能发电工程施工中并网接入和运行调试的步骤。

1. 施工前准备在进行并网接入和运行调试前，必须进行全面的准备工作。

首先，需要确保风能发电机组及其相关设备符合规范要求，并进行全面的检测和测试。

其次，需要编制详细的施工计划和安全方案，明确任务和责任分工，并建立施工现场安全管理制度。

同时，要确保施工现场的安全设施齐全，并组织相关人员进行安全培训，使其具备应急处理和安全救援的能力。

2. 并网接入并网接入是将风能发电系统与电网相连接的重要步骤。

在进行并网接入前，需先与电网运营商进行沟通和协商，明确接入方式、接入点和接入条件等。

根据电网运营商的要求，风能发电系统中的变压器、开关设备和保护装置等相关设备要进行调试和校准。

同时，还需要对电网进行分析和评估，以确保其稳定性和安全性。

在具体的并网接入过程中，需要按照以下步骤进行操作。

首先，对风能发电系统进行调试和运行测试，确保其工作正常。

然后，按照电网运营商的要求，逐步将风能发电系统与电网相连接，包括接地装置、母线接头、断路器等设备的接入。

接着，对接入后的设备进行全面检查和测试，确保其与电网的连接稳定和可靠。

最后，进行集控系统的调试和测试，确保其的功能完善，并与电网的运行参数相匹配。

3. 运行调试风能发电工程施工完成后，还需要进行运行调试，以保证其正常运行和发电效果的达到预期。

在进行运行调试前，需要对风能发电系统进行全面检查和测试，并进行调整和校准，以确保其运行参数和性能指标符合要求。

在具体的运行调试过程中，需要按照以下步骤进行操作。

首先，对风能发电系统的各个部分进行单独测试，包括风能发电机组、变压器、开关设备、保护装置等。