风力发电机并网讲解

变速恒频风力发电机空载并网控制随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，得到了广泛应用。

在风力发电机组中，变速恒频风力发电机是一种常见的类型。

本文将重点探讨变速恒频风力发电机空载并网控制的原理、优缺点及应用。

变速恒频风力发电机组是一种通过风轮捕捉风能，并将其转换为电能的技术。

与恒速恒频风力发电机相比，变速恒频风力发电机具有更高的风能利用率和更宽的转速范围。

其工作原理是，通过调整风轮转速，以适应风速的变化，从而保持发电机输出频率的稳定。

空载并网控制是指风力发电机在不带负载的情况下与电网连接。

实现空载并网的关键在于控制风轮转速和发电机电流，以确保发电机与电网的同步。

常见的空载并网控制策略包括以下两种：直接并网法：在风速达到额定值后，风轮直接驱动发电机进入同步状态，然后进行并网。

此种方法简单直接，但并网瞬间会产生较大的冲击电流。

软并网法：通过控制风轮和发电机的转速，缓慢地将发电机接入电网，从而避免冲击电流的产生。

这种方法需要更多的控制环节和算法，但其并网效果较直接并网法更为平稳。

优点： a.由于能够适应风速的变化，所以具有较高的风能利用率； b.通过调整转速，可以减轻风轮和发电机的机械应力，提高设备的寿命；c.与恒速恒频风力发电机相比，其启动和停止更为灵活。

缺点： a.控制系统的设计较为复杂，需要精确的转速和电流控制； b.并网过程中可能产生较大的冲击电流，对电网造成一定的影响； c.需要采取措施来应对电网的波动，以保证系统的稳定运行。

变速恒频风力发电机空载并网控制在现代风力发电场中得到了广泛应用。

例如，根据某风力发电场的数据，采用变速恒频风力发电机空载并网控制后，该风电场的年发电量增加了30%，同时设备维护成本降低了20%。

这充分证明了变速恒频风力发电机空载并网控制在提高发电效率和降低运行成本方面的优势。

变速恒频风力发电机空载并网控制是风力发电技术中的重要一环。

通过控制风轮转速以适应风速的变化，保持发电机输出频率的稳定，可以实现高效的电能转换。

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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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。

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。

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。

直驱式永磁同步风力发电机组并网与保护一、并网条件和方式1.并网条件永磁同步风力发电机组并联到电网时，为了防止过大的电流冲击和转矩冲击，风力发电机各相端电压的瞬时值要与电网端对应相电压的瞬时值完全一致，满足的条件：①波形相同；②幅值相同；③频率相同；④相序相同；⑤相位相同。

并网时因风力发电机旋转方向不变，只要使发电机的各相绕组输出端与电网各相互相对应，条件④就可以满足；而条件①可由发电机设计、制造和安装保证；因此并网时主要完成其他3个条件的检测和控制，其中频率相同必须满足。

2.并网方式（1）自动准同步并网。

满足上述理想并联条件的并网方式称为准同步并网，在这种并网方式下，并网瞬间不会产生冲击电流，电网电压不会下降，也不会对定子绕组和其他机械部件造成冲击。

永磁同步风力发电机组的起动与并网过程如下：当发电机在风力机带动下的转速接近同步转速时，励磁调节器给发电机输入励磁电流，通过调节励磁电流使发电机输出的端电压与电网电压相近。

在风力发电机的转速几乎达到同步转速、发电机的端电压与电网电压的幅值大致相同，并且断路器两端的电位差为零或很小时，控制断路器合闸并网。

永磁同步风力发电机并网后通过自整步作用牵入同步，使发电机电压频率与电网一致。

以上的检测与控制过程一般通过微机实现。

（2）自同步并网。

自动准同步并网的优点是合闸时没有明显的电流冲击，缺点是控制与操作复杂、费时。

当电网出现故障而要求迅速将备用发电机投入时，由于电网电压和频率出现不稳定，自动准同步法很难操作，往往采用自同步法实现并网运行。

自同步并网的方法是，同步发电机的转子励磁绕组先通过限流电阻短接，发电机中无励磁磁场，用原动机将发电机转子拖到同步转速附近（差值小于5%）时，将发电机并入电网，再立刻给发电机励磁，在定子、转子之间的电磁力作用下，发电机自动牵入同步。

由于发电机并网时转子绕组中无励磁电流，因而发电机定子绕组中没有感应电动势，不需要对发电机的电压和相角进行调节和校准，控制简单，并且从根本上排除不同步合闸的可能性。

目录一、风机整机介绍 (1)1.1、风力发电机组主要部件 (1)1.2、风力发电机主要机构 (2)1.3、风力发电机组主要参数 (2)1.4、风力发电机组主要功能特点 (3)1.5功率曲线和年发电量计算 (3)二、并网系统 (4)2.1、系统组成 (4)2.2、系统连接示意图 (5)2.3、并网技术参数 (5)三、SCADA远程监控系统 (6)一、风机整机介绍1.1表1、风机部件1.2、风力发电机主要机构a、变浆机构：根据风速、发电功率和轮毂转速可以主动变浆来实现主控的要求，实现发电功率最大化，既能够使风机在最佳参数运行，满足了最佳功率输出工作区的运行，又保证了高风速下不超载运行，在电网突然断电时，还可以通过UPS收桨，保证风机的安全。

b、偏航机构：偏航可以根据风向来调整风机的方向，保证了风机的发电效率，还可以在在大风的时候可以侧风90度来协助变浆系统收桨，增加了风机系统安全性。

c、刹车机构：风机配备了电动刹车，可以根据系统的要求协助变浆收桨刹车。

d、永磁发电机机构：永磁发电机组直接驱动风轮转动，无齿轮箱，少维护，效率高。

1.3、风力发电机组主要参数表2、风机参数1.4、风力发电机组主要功能特点a、自动对风：当风向与风机的方向不一致时，风机可以自动对风，提高发电效率。

b、自动侧风：当风速超出最大风速和风机故障时，风机会自动侧风90度，减小叶片的接触面积，保证风机的系统安全。

c、自动解缆：在风机向同一方向旋转超过700度时，风机会自动反方向旋转到0度，防止电缆扭断。

d、状态显示：在主控柜的触摸屏上可以显示运行参数、运行状态、风速风向、发电机温度、电控柜温度、发电电流、发电功率等数据。

e、远程控制：可以在监控室启动和停止每台风机运行，检测风机的发电数据。

1.5功率曲线和年发电量计算风力发电机组的功率曲线和不同风速下的年发电量如图：二、并网系统2.1、系统组成系统主要是由风力发电机、倍福编程控制器，伟肯变流器等部件组成。

风力发电并网逆变器设计原理风力发电并网逆变器设计原理风力发电并网逆变器是一种用于将风力发电机的直流电能转换为交流电能并接入电网的设备。

它可以实现风力发电的高效利用，将风力发电机产生的直流电能转化为电网所需要的交流电能。

接下来，我们将逐步介绍风力发电并网逆变器的设计原理。

第一步：直流输入风力发电机产生的电能是直流电能，因此首先需要将直流电能输入到并网逆变器中。

这一步骤通常包括电流检测、电压检测等操作，以确保输入电能的质量和稳定性。

第二步：直流-交流转换在直流输入之后，接下来需要将直流电能转换为交流电能。

这一步骤通常通过使用逆变器来实现。

逆变器中包含了一系列的开关元件，通过控制这些开关元件的开关状态，可以将直流电能转换为交流电能。

逆变器中的控制算法通常采用PWM（脉宽调制）技术，以确保输出的交流电能具有较低的谐波含量和高的质量。

第三步：电网连接在直流-交流转换之后，接下来需要将转换后的交流电能接入电网。

在接入电网之前，需要对输出的交流电能进行一系列的检测和调整，以确保交流电能符合电网的要求。

这包括电压检测、频率检测、功率因数控制等操作。

第四步：并网控制在将交流电能接入电网之后，需要对并网逆变器进行一系列的控制操作，以保证其与电网的安全稳定运行。

这包括对逆变器的输出功率进行调节，以确保其与电网的负荷匹配；对逆变器的运行状态进行监测和保护，以防止逆变器因故障而对电网造成损害。

第五步：故障保护并网逆变器在运行过程中可能会遇到各种故障，例如过流、过压、短路等。

为了防止这些故障对电网造成影响，需要在逆变器中设置一系列的保护机制，以及相应的故障检测和处理算法。

当逆变器检测到故障时，会及时采取相应的措施，以确保逆变器和电网的安全运行。

综上所述，风力发电并网逆变器的设计原理包括直流输入、直流-交流转换、电网连接、并网控制和故障保护等步骤。

通过合理设计并实施这些步骤，可以实现风力发电的高效利用，将直流电能转换为电网所需要的交流电能，并确保逆变器与电网的安全稳定运行。

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。