2023/2/71風力發(fā)電并網(wǎng)介紹

2023/2/72一、風力發(fā)電機組并網(wǎng)有哪幾種方式？

1.大、中型風力發(fā)電機組（100千瓦以上，并網(wǎng)型機組）與電力網(wǎng)并網(wǎng)運行；2.小型風力發(fā)電機（10千瓦到100千瓦）與柴油發(fā)電機或其他發(fā)電裝置并聯(lián)互補運行；3.微型風力發(fā)電機（10千瓦以下）主要采用直流發(fā)電系統(tǒng)并配合蓄電池儲能裝置獨立運行。2023/2/73二、并網(wǎng)型風力發(fā)電機組

根據(jù)風力發(fā)電機運行特征和運行技術(shù)，并網(wǎng)型風力發(fā)電機一般分為：1、恒速恒頻風力發(fā)電機。2、變速恒頻風力發(fā)電機。2023/2/74

什么是恒速恒頻與變速恒頻？恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)是指在風力發(fā)電過程中保持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不變從而得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。變速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)是指在風力發(fā)電過程中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以隨風速變化,而通過其他的控制方式來得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。2023/2/75發(fā)電機組并網(wǎng)的四個條件1.發(fā)電機的頻率與系統(tǒng)頻率相同。2.發(fā)電機出口電壓與系統(tǒng)電壓相同,其最大誤差應在5%以內(nèi)。3.發(fā)電機相序與系統(tǒng)相序相同。4.發(fā)電機電壓相位與系統(tǒng)電壓相位一致。當滿足以上四個條件時，可以合上并網(wǎng)開關(guān)，使發(fā)電機組并入系統(tǒng)運行2023/2/76三、恒速恒頻風力發(fā)電機的并網(wǎng)優(yōu)點：恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、過載能力強以及運行可靠性高等優(yōu)點，其發(fā)電設(shè)備主要是異步風力發(fā)電機。缺點：異步風力發(fā)電機在并網(wǎng)瞬間會出現(xiàn)較大的沖擊電流，異步發(fā)電機自身不發(fā)無功功率，需要無功補償。2023/2/77

恒速籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)

2023/2/78異步風力發(fā)電機并網(wǎng)方式目前，國內(nèi)外采用的異步風力發(fā)電機的并網(wǎng)方式主要有以下四種：直接并網(wǎng)，準同期并網(wǎng)，降壓并網(wǎng)以及采用雙向晶閘管控制的軟切入法的并網(wǎng)方式。2023/2/79

1、直接并網(wǎng)方式直接并網(wǎng)方式：采用這種方式時要求發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序相同，發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近（一般達到９９％～１００％）同步轉(zhuǎn)速時即可并網(wǎng)。2023/2/7102、準同期并網(wǎng)方式準同期并網(wǎng)方式：采用這種方式時在轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，先用電容勵磁，建立額定電壓，然后對已建立的發(fā)電機電壓和頻率進行調(diào)節(jié)和校正，使其與系統(tǒng)同步。當發(fā)電機的電壓、頻率、相位與系統(tǒng)一致時，將發(fā)電機投入電網(wǎng)運行。2023/2/7113、降壓并網(wǎng)方式降壓并網(wǎng)方式：采用這種方式時在異步電機與電網(wǎng)之間串接電阻、電抗器或自耦變壓器，以降低并網(wǎng)合閘瞬間沖擊電流幅值及電網(wǎng)電壓下降的幅度。因為電阻、電抗器等要消耗功率，在發(fā)電機并入電網(wǎng)進入穩(wěn)態(tài)時，再將其短接。2023/2/7124、雙向晶閘管控制的軟切入法的并網(wǎng)方式采用這種方式時在異步發(fā)電機定子與電網(wǎng)之間每相串入一只雙向晶閘管，接入的目的是將發(fā)電機并網(wǎng)瞬間的沖擊電流控制在允許的限度內(nèi)。當發(fā)電機達到同步速附近時，發(fā)電機輸出端的短路器閉合，發(fā)電機組通過雙向晶閘管與電網(wǎng)相連，通過電流反饋對雙向晶閘管導通角控制，將并網(wǎng)時的沖擊電流限定在額定電流1.5倍以上，從而得到一個比較平滑的并網(wǎng)過程，正常運行時，雙向晶閘管被短接。2023/2/713四、變速恒頻風力發(fā)電機組的并網(wǎng)變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展依賴于大容量電力電子技術(shù)的成熟，從結(jié)構(gòu)和運行方面可分為雙饋感應發(fā)電機系統(tǒng)和直接驅(qū)動的同步發(fā)電機系統(tǒng)。變速恒頻風力發(fā)電機組實現(xiàn)了發(fā)電機轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率的解耦，降低了風力發(fā)電與電網(wǎng)之間的相互影響，但是它缺點是結(jié)構(gòu)復雜、成本高、技術(shù)難度大。2023/2/714

雙饋式風力發(fā)電機及其并網(wǎng)雙饋風力發(fā)電機為定子繞組直接接入交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組由頻率、幅值、相位可調(diào)的變流器提供三相低頻勵磁電流的新型電機，當轉(zhuǎn)子繞組通過某一頻率的交流電時，就會產(chǎn)生一個相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場，此時會在電機氣隙中形成一個同步旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速加上交流勵磁電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場所對應的轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，從而改變了雙饋電機定子電動勢與電網(wǎng)電壓向量的相對位置，也即改變了電機的功率角，因此有調(diào)節(jié)無功功率出力的能力。2023/2/715雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)2023/2/716

雙饋風力發(fā)電機組的并網(wǎng)方式空載并網(wǎng)，獨立負載并網(wǎng)以及孤島并網(wǎng)方式。2023/2/717

（１）空載并網(wǎng)方式：采用這種方式通過引入定子磁鏈定向技術(shù)對發(fā)電機輸出電壓進行測節(jié)。使建立的雙饋發(fā)電機定子空載電壓與電網(wǎng)電壓的頻率、相位和幅值一致，滿足并網(wǎng)條件時進行并網(wǎng)操作。2023/2/718（２）獨立負載并網(wǎng)方式：采用這種方式的思路是，并網(wǎng)前發(fā)電機帶負載運行，對發(fā)電機和負載進行控制，在滿足并網(wǎng)條件時進行并網(wǎng)。這種并網(wǎng)方式的特點是，發(fā)電機具有一定的能量調(diào)節(jié)作用，降低了對原動機的調(diào)速能力要求，但是這種并網(wǎng)方式控制起來非常復雜，所需要的信息不僅取自于電網(wǎng)側(cè)，同時還取自于定子側(cè)。

2023/2/719（３）孤島并網(wǎng)方式：采用這種方式并網(wǎng)前需要形成能量環(huán)路，這個能量環(huán)路是這樣形成的，首先進行預充電過程，當風力發(fā)電機啟動后且發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到勵磁范圍時開始勵磁，電網(wǎng)從預充電變壓器經(jīng)直流整流器向雙ＰＷＭ變流器的直流母線電容充電，用以激勵整個系統(tǒng)，當定子電壓達到額定值（控制器通過控制電機側(cè)的逆變器使發(fā)電機定子發(fā)電電壓達到額定值）時，發(fā)電機定子輸出和轉(zhuǎn)子輸入與雙ＰＷＭ逆變器分別連接，形成獨立能量環(huán)路。當發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，控制系統(tǒng)將調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓同步，同步后，并網(wǎng)。綜上所述，這種并網(wǎng)方式可分為三個階段，即勵磁階段，孤島運行階段以及并網(wǎng)階段。2023/2/7201.5MW變速恒頻雙饋型風電機組東方汽輪機廠2023/2/721直接驅(qū)動的同步發(fā)電機及其并網(wǎng)

直驅(qū)型風力發(fā)電機組是無齒輪箱的變槳距變速風力發(fā)電機組，風輪軸直接與低速發(fā)電機連接。直驅(qū)型風力發(fā)電機組要采用全功率變流器。2023/2/722直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)連接圖2023/2/723直驅(qū)型風力發(fā)電機組1基座2偏航系統(tǒng)3發(fā)電機定子4發(fā)電機轉(zhuǎn)子輪轂6葉片2023/2/724直驅(qū)型風力發(fā)電機組2023/2/7251.5MW直驅(qū)型風電機組首臺樣機已于2005年5月安裝投入試運行(國產(chǎn)化率40%)2007年，1.5MW直驅(qū)型風機已裝官廳水庫33臺（其中有3臺用惠騰葉片）2023/2/726直驅(qū)型風電機組系統(tǒng)圖2023/2/727

風力機直接與發(fā)電機相連，可省去增速齒輪箱，減少風力發(fā)電機的體積和重量，也降低噪聲和維護費用。其發(fā)電機主要采用低速永磁同步發(fā)電機，具有性能好、效率高、無需勵磁、體積小、重量輕的特點。由于電力電子元件的性能價格比不斷提高,以IGBT為代表的新型電力電子器件的最大功率已經(jīng)達到MVA級,開關(guān)頻率達到10kHz,脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)的采用有效地抑制了電力電子器件容易帶來的諧波。如果把這些技術(shù)用于同步電機與電網(wǎng)的接口,可以屏蔽掉風機固有的隨機特性對電網(wǎng)的影響,提高捕獲風能的效率,較少對槳葉和驅(qū)動軸的應力損傷,降低空氣動力噪聲水平,改進風機運行的靈活性。2023/2/7