风电场集风力发电机并网运行

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。

风力发电并网运行风险分析摘要：新时期新能源发电在电力事业发展中得到推广和应用，风力发电作为新能源典型代表，做好风力发电并网运行工作至关重要。

下面文章对风力发电并网运行风险与风险管理措施展开探讨。

关键词：风力发电；并网运行；运行风险；并网风险引言风力发电作为多微网的主要组成单元，与多个分布式电源、储能装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的多微网协调发电系统，是一个能够按照目标，实现自我控制、保护和管理的自治供电系统。

1风电新能源的基本特点概述风电作为一种新能源，其工作方式是利用相关的设备将风产生的动能转为成为电能，而风能是一种清洁的、可再生的能源，风电近些年来在世界范围内受到各个国家的重视，我国也正在大力开展风电建设。

从世界范围来看，经过相关的计算表明，世界当前可利用的风能资源储量比水力资源高出10倍左右。

我国的风能资源也非常丰富，可以供开发和利用的风能储量超过10亿kW，我国目前风电装机超过2亿kW。

风能是一种具有代表性的无公害、可再生的清洁能源，风电在一些水资源匮乏的地区发挥着重要的作用，例如我国的沿海城市、草原牧区、山地高原等地区，都非常适合使用风力发电的方式提供电力能源。

我国对风电建设也给予了高度的关注，国家通过财政补贴的方式大力支持全国各地开展风电建设，取得了很好的效果，目前我国多个地区已经兴建了许多大型的风电场，对我国的电力能源输送起到了至关重要的作用。

2风力发电并网运行的风险社会发展与进步，风险客观存在，造成损失的概率大小随生产力不断进步在持续改变。

对其分析和研究有着不同的途径和方法，其定义也不尽相同。

不确定性对目标的影响是ISO31000国际标准化组织对“风险”的定义。

事件发生的概率和产生的后果这两个基本要素用来衡量风险的大小。

系统中电力负荷的不确定性、设备的随机故障导致对系统运行准确预测难以实现。

通过对辨识系统失效事件发生的可能性进行电力系统的风险评估，用来分析不同工况下系统各种指标越限的严重程度。

风力发电机并网控制三种方式
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风力发电机并网控制三种方式
风力发电机的并网控制直接影响到风力发电机能否向输电网输送电能以及机组是否受到并网时冲击电流的影响。

并网控制装置有软并网，降压运行和整流逆变三种方式。

软并网装置：
异步发电机直接并网时，其冲击电流达到额定电流的6~8倍时，为了减少直接并网时产生的冲击电流及接触器
的投切频率，在风速持续低于启动风速一段时间后，风力发电才与电网解列，在此期间风力发电机处于电动机运行状态，从电网吸收有功功率。

降压运行装置：
软并网装置只在风力发电机启动时运行，而降压运行装置始终运行，控制方法也比较复杂。

该装置在风速低
于风力发电机的启动风速时将风力发电机与电网切断，避免了风力发电机的电动机运行状态。

整流逆变装置：
整流逆便是一种较好的并网方式，它可以对无功功率进行控制，有利于电力系统的安全稳定运行，缺点是造
价高。

随着风电场规模的不断扩大和大功率电力电子设备价格的降低，将来这种并网装置可能会得到广泛的应用。

风电场接入电力系统的方案主要由风电场的最终装机容量和风电场在电网所处的位置来确定。

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海上风电场并网的影响及对策海上风电出力随机性强，间歇性明显，机组本身的运行特性和风资源的不确定性，使得风电机组不具备常规火电机组的功率调节能力。

因此，海上风电场并网会对电网的运行产生一定的影响，本章将从研究风电机组的电气特性出发，详细阐述风电出力的特点，进而指出风电场并网对电网的影响，最后给出相应的解决措施。

3.1 海上风电场并网的影响针对风速的随机性、间歇性导致海上风电功率的不确定性大，以及风电机组本身的运行特性使风电场输出功率具有波动性强的特点，需要从系统电压、频率以及系统的稳定性等方面研究海上风电场出力的特点和海上风电场并网对电网的影响，以提出相应的对策和解决措施。

3.1.1 风电出力的特点（1）风电出力随机性强，间歇性明显。

风电出力波动幅度大，波动频率也无规律性，在极端情况下，风电出力可能在0～100%范围内变化。

风电出力有时与电网负荷呈现明显的反调节特性。

风电场一般日有功出力曲线如图3-1所示。

图3-1 风电场一般日有功出力曲线可见，风电功率出力的高峰时段与电力系统日负荷特性的高峰时段（8：00—11：00，18：00—22：00）并不相关，体现了较为明显的反调峰特性。

一些地区全年出现反调峰的天数可占全年天数的1/3～1/2。

反调峰的现象导致风电并入后的等效负荷峰谷差变大，恶化了电力系统负荷变化特性。

（2）风电年利用小时数偏低。

国家能源局发布数据显示，2014年年底全国并网风电装机容量9581万kW，设备平均利用小时1905h。

其中，海上风电约38.9万kW，设备平均利用小时略高，可达到2500h左右。

（3）风电功率调节能力差。

风电机组在采用不弃风方式下，只能提供系统故障状况下的有限功率调节。

风电机组本身的运行特性和风资源的不确定性，使得其不具备常规火电机组的功率调节能力。

3.1.2 对电网的影响风电等可再生能源接入系统主要有以下问题：（1）通常风能资源丰富地区距离负荷中心较远，大规模的风电无法就地消纳，需要通过输电网输送到负荷中心。

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。

风力发电原理及运行方式
风力发电原理是利用风力转动风轮轴，通过高速旋转的风轮轴带动发电机旋转，将机械能转化为电能。

风力发电通常采用风力发电机来产生电力。

风力发电机的运行方式可以分为以下两种:
单机运行方式
单机运行方式是将单个风力发电机独立运行，直接向电网供电。

这种方式适用于小规模的风力发电系统，如用于家庭或小型企业的电力供应。

并网运行方式
并网运行方式是将多个风力发电机并联连接到电网上，共同向电网供电。

这种方式适用于大规模的风力发电系统，如用于发电容量较大的风电场。

在并网运行方式下，风力发电机的输出功率需要与电网的需求相匹配，以确保电网的稳定运行。

总之，风力发电是一种清洁、可再生的能源，其应用范围广泛。

风力发电的原理是将风能转换为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。

风力发电的运行方式可以根据实际需求选择单机运行或并网运行。

2风力发电机组并网运行方式分析2.1风力发电系统的基本结构和工作原理风力发电系统从形式上有离网型、并网型。

离网型的单机容量小(约为0．1～5 kW，一般不超过10 kW)，主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行；并网型的单机容量大(可达MW级)，且由多台风电机组构成风力发电机群(风电场)集中向电网输送电能。

另外，中型风力发电机组(几十kW到几百kW)可并网运行，也可与其它能源发电方式相结合(如风电一水电互补、风电一柴油机组发电联合)形成微电网。

并网型风力发电的频率应保持恒等于电网频率，按其发电机运行方式可分为恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两大类。

2.1.1恒速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统中主要采用三相同步发电机(运行于由电机极对数和频率所决定的同步转速)、鼠笼式异步发电机(SCIG)。

且在定桨距并网型风电机组中，一般采用SCIG，通过定桨距失速控制的风轮使其在略高于同步转速的转速(一般在(1～1．05)n)之间稳定发电运行。

如图2.1所示采用SCIG的恒速恒频风力发电系统结构示意图，由于SCIG在向电网输出有功功率的同时，需从电网吸收滞后的无功功率以建立转速为n的旋转磁场，这加重了电网无功功率的负担、导致电网功率因数下降，为此在SCIG机组与电网之间设置合适容量的并联电容器组以补偿无功。

在整个运行风速范围内(3 m／s < <25 m／s),气流的速度是不断变化的，为了提高中低风速运行时的效率，定桨距风力1发电机普遍采用三相(笼型)异步双速发电机，分别设计成4极和6极，其典型代表是NEGMICON 750 kW机组。

风图2.1采用SCIG的恒速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统具有电机结构简单、成本低、可靠性高等优点，其主要缺点为：运行范围窄；不能充分利用风能(其风能利用系数不可能保持在最大值)；风速跃升时会导致主轴、齿轮箱和发电机等部件承受很大的机械应力。