并网风力发电系统
第七讲 风力发电机组的并网运行2
对于一个并联在无穷大电网上的由 风力驱动的同步发电机，要增加它的输 出电功率，就必须增加来自风力机的输 入机械功率。而随着输出功率的增大， 当励磁不作调节时，电机的功率角δ 就 必然增大。图2示出同步发电机的功角特 。 性，可以看出，当δ =90 时，输出功 率达到最大值，这个发生在sinδ =1时的 最大功率叫做失步功率。
通过电流反馈对双向晶闸管导通角 的控制，将并网时的冲击电流限制在1. 5～2倍额定电流以内，从而得到一个比 较平滑的并网过程。瞬态过程结束后， 微处理机发出信号，利用一组开关将双 向晶闸管短接，从而结束了风力发电机 的并网过程，进入正常的发电运行。
（2）并网运行时的功率输出 感应发电机并网运行时，它向电网 送出的电流的大小及功率因数，取决于 转差率以及电机的参数，前者与感应发 电机负载的大小有关，后者对设计好的 电机是给定的数值，因此这些量都不能 加以控制或调节。并网后电机运行在其 转矩对转速曲线的稳定区域，见图4。
（1 ）同步并网 同步发电机与电网并联合闸前，为 了避免电流冲击和转轴受到突然的扭矩， 需要满足一定的并联条件，这些条件是： a)风力发电机的端电压大小等于电网的 电压；b)风力发电机的频率等于电网的 频率；c)并联合闸的瞬间，风力发电机 与电网的回路电势为零；d)风力发电机 的相序与电网的相序相同。
避免出现这种情况的办法，一是很 好地设计风轮转子及控制系统使其具有 快速桨距调节功能，能对风速的急剧变 化迅速作出反应；另一个办法是短时间 增加励磁电流，这样功率极限也跟着增 大了，静态稳定度有所提高；第三个办 法是选择具有较大过载倍数的电机，即 发电机的最大功率比起它的额定功率来 有一个较大的裕度。
该系统的反馈控制电路包括如下环节： ① 功率检测器。在系统输出端连续地测出功 率，并提供正比于实际功率的输出信号。 ② 功率变化检测器。对功率检测器的输出进 行采样和储存，以便和下一个采样相比较。在这 个检测器中有一个比较器，它与一个逻辑电路一 起去测定后一个功率信号电平比前一个信号电平 大还是小，当新的采样小于先前的数值时，逻辑 电路就改变状态；如果新的采样大于先前的数值， 逻辑电路就保持原来的状态。
风力发电讲义第6章
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第六章并网风力发电系统 第一节 风电场选址和风电机组的排列
➢ 在复杂地形条件下的风电场场址，可利用仿真分析 软件（WAsP软件）结合布机原则进行风电机组布置。
➢ （二）风电机组尾流效应
➢ 风经过风电机组后将部分动能转化为机械能，再转 化为电能，从而使风速降低，对后面的风电机组发电量 产生影响，即尾流影响。
➢ 三、风电机组位置排列及尾流效应 ➢ （一）风电机组位置排列 ➢ 风电机组布置得远，可减少风电机组相互间的影响，因风通过风轮后速度
下降而且产生湍流，要经过一定的距离后才能恢复。 ➢ 风电机组距离缩短，可以减少电缆长度，降低联网费用，充分利用土地等 ➢ 风电机组间距布置：应根据实际地形情况，因地制宜，优化布置，通常在盛行
月同一钟点（每日0点至23点）平均值、全年同一钟点 平均值。
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第六章并网风力发电系统 第一节 风电场选址和风电机组的排列
➢ 2 .风速和风能频率分布
➢ 以1m/s为一个风速区间，统计每个风速区间内风速和风能出 现的频率（次数）。
➢ 3 .风向频率及风能密度的方向分布
➢ 算出在代表 16 个方位的扇区内风向出现的频率和风能密度 的方向分布：
主要参数
平均风速 湍流强度
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合理范围
0≤小时平均值＜40m/s 0≤小时平均值＜1
主要参数
风向 平均气压（海平面）
合理范围
0°≤小时平均值≤360°
94kPa＜小时平均值＜106kPa
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第六章并网风力发电系统 第一节 风电场选址和风电机组的排列
➢ 2．不合理数据和缺测数据的处理(P126)
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风力发电系统的分类及拓扑
并网型风力发电系统
• 2.B型：有限变速 指可变转子电阻的有限变速风力机，如下图所示。
OptiSlipTM，该技术是Vestas公司在20世纪90年代中期 开始使用。使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；同 样需要电容器组进行无功功率补偿，使用软起动器并网。 由于转子电阻可变使得转差率可变，因此系统的功率输出 稳定，可变转子电阻的大小决定动态速度控制的范围。
接三相转差频率变频器实现交流励磁。部分功率变频器用来进行无功
功率补偿。双馈发电机是指，在控制中发电机的定、转子都参与了励
磁，并且定、转子两侧都有能量的馈送。
• 优点：变频器的容量小，更具经济性，动态速度控制范围快一般为同 步转速的-40%~30%。
• 缺点主要是需要使用滑环和需要有电网故障保护，具有齿轮箱，结构 笨重，易出现机械故障。
特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• C型：变速含部分功率变频器
•
此类型主要指双馈式感应发电机（DFIG），如下图所示。是含
绕线转子感应发电机（WRIG）和转子电路中部分功率变频器（额定
值约为标称发电机功率的30%）。双馈发电机结构类似于三相绕线式
异步感应电机，具有定、转子两套绕组，定子绕组并网，转子绕组外
The end
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• 4.D型：变速全功率变频器型 • 此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风
力机。发电机主要有绕线转子同步风力发电机（WRSG） 或永磁同步发电机（PMSG），结构图如下图所示。 • 其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱，此时需 要直驱多级发电机，其直径较大。
风力发电系统分类：
风力发电机组并网运行
风力发电机组应具备低电压穿越 能力，以保障电力系统的稳定性
。
风力发电机组应配备相应的控制 系统，以实现频率和电压的稳定
控制。
风力发电机组的控制要求
风力发电机组应配备先进的控 制系统，能够根据风速、功率 等因素进行自动调节。
风力发电机组的控制系统应具 备防止飞车和超速保护功能。
风力发电机组的控制系统应能 对机组进行远程监控和操作。
稳定供电
并网运行能够通过风力发 电机组的调节，满足电力 系统的需求，保持电网的 稳定运行。
降低运营成本
并网运行能够降低对传统 能源的依赖，减少对环境 的影响，从而降低运营成 本。
并网运行的分类
直驱式并网运行
直驱式风力发电机组通过 全功率变频器将风能转化 为电能，实现与电网的同 步并网运行。
齿轮箱式并网运行
风力发电机组并网运 行
2023-11-10
目录
• 风力发电机组并网运行概述 • 风力发电机组并网运行的技术要求 • 风力发电机组并网运行的实现过程 • 风力发电机组并网运行的优化建议 • 风力发电机组并网运行的案例分析 • 风力发电机组并网运行的未来发展趋势
01
风力发电机组并网运行 概述
并网运行的定义
齿轮箱式风力发电机组通 过齿轮箱将风能传递到发 电机，实现与电网的并网 运行。
双馈式并网运行
双馈式风力发电机组通过 变流器将风能转化为电能 ，实现与电网的并网运行 。
02
风力发电机组并网运行 的技术要求
电力系统的稳定性要求
风力发电机组应能在各种运行条 件下稳定运行，包括低风速、高
风速、极端气候条件等。
风力发电机组的保护策略
总结词
制定全面的保护策略有助于预防和解决风力发电机组并网运行中可能遇到的问题
风力发电并网系统的电网稳定性分析
风力发电并网系统的电网稳定性分析风力发电作为一种清洁、可再生能源，正逐渐成为世界各国重要的电力资源之一。
然而，由于风能的不稳定性和随机性，风力发电并网系统的电网稳定性一直是该领域的研究重点。
本文将对风力发电并网系统的电网稳定性进行分析。
一、风力发电系统的基本原理风力发电系统由风机、变频器和并网控制器等组成。
风机将风能转化为机械能，通过传动装置驱动发电机旋转产生电能。
电能经过变频器进行变频调速，然后经由并网控制器接入电网。
二、风力发电系统的电网稳定性问题2.1 风能的不稳定性：风速的变化会导致风力发电系统的电力输出产生波动，使得电力供需失衡，影响电网的稳定运行。
2.2 风力发电系统的功率控制问题：由于风力发电系统的输出功率受风速、转子转速和桨距等因素的影响，如何控制风机的输出功率对于电网稳定性至关重要。
2.3 风力发电系统与传统发电系统的整合问题：将风力发电系统与传统发电系统整合在一起时，需要考虑两者之间的协调与平衡，以保证电网的稳定供电。
三、风力发电并网系统的电网稳定性分析方法3.1 功率频率响应分析：通过对风力发电系统的电网频率响应进行分析，可以评估系统对电网频率变化的响应速度和稳定性。
3.2 功率振荡模态分析：通过对风力发电系统的功率振荡行为进行模态分析，可以判断其在电力故障等异常情况下的稳定性和可靠性。
3.3 功率电压响应分析：通过对风力发电系统的电网电压响应进行分析，可以评估系统对电网电压变化的响应速度和稳定性。
四、电网稳定性提升措施4.1 预测控制策略：通过对风速的预测和风机输出功率的控制，可以提前调整风力发电系统的输出，以实现电网稳定供电。
4.2 多能源协调控制策略：将风力发电与其他可再生能源相结合，通过多能源之间的协调与平衡，提高电网的稳定性。
4.3 储能技术的应用：利用储能设备对风力发电系统的电能进行储存，可以在需要时释放储能，平衡电网负荷，提供稳定的电力供应。
五、结论风力发电并网系统的电网稳定性是实现可持续能源发展的关键问题。
风力发电系统并网与稳定性分析
风力发电系统并网与稳定性分析引言随着对可再生能源的需求越来越大，风力发电逐渐成为一种广泛应用的清洁能源技术。
风力发电系统的并网与稳定性是保障其可靠运行的重要因素。
本文将对风力发电系统的并网过程以及稳定性分析进行探讨。
一、风力发电系统的并网过程1. 风力发电系统的组成风力发电系统主要由风力机、变台、变流器、电网等组成。
其中风力机负责将风能转换为机械能，并通过变台将机械能转换为电能，再通过变流器将电能转化为适应电网要求的交流电。
2. 并网条件与要求风力发电系统的并网需要满足一定的条件与要求。
首先，电网的频率、电压和相位应与风力发电系统相匹配，以确保电能能够顺利输送。
此外，与电网的连接点需要符合一定的容量和技术要求，以确保正常运行。
3. 并网过程风力发电系统并网的过程大致分为三个阶段：准备阶段、同步阶段和投入运行阶段。
在准备阶段，风力发电系统与电网进行初步连接，并进行必要的测试和校验。
在同步阶段，风力发电系统需要与电网进行频率、电压和相位的同步。
最后，在投入运行阶段，风力发电系统与电网正式实现互联互通。
二、风力发电系统稳定性分析1. 稳定性定义与指标风力发电系统的稳定性是指系统在面对外部扰动时维持某种稳定的状态的能力。
常见的稳定性指标包括频率稳定性、电压稳定性和功率稳定性。
2. 风力发电系统的稳定性问题风力发电系统的稳定性问题主要包括频率波动、电压波动和功率波动。
由于风力发电的不稳定性，电网会受到风速的影响而频繁波动，给电网的稳定性带来一定的挑战。
3. 稳定性分析方法稳定性分析是评估风力发电系统是否满足电网的要求的重要手段。
常见的稳定性分析方法包括灵敏度分析、模态分析和动态过程仿真等。
通过这些方法，可以对风力发电系统的稳定性进行量化评估，并找出其不稳定的原因和解决途径。
4. 提升风力发电系统稳定性的措施为了提升风力发电系统的稳定性，可以采取一系列措施。
首先，提升风力发电机组的控制策略，使其更好地适应电网需求，降低频率和电压波动。
第二章 风力发电机组并网方式分析
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。
新能源并网发电系统的关键技术和发展趋势
新能源并网发电系统的关键技术和发展趋势新能源并网发电系统是指将可再生能源（如风能、光能等）与传统能源（如煤炭、天然气等）相结合，通过并网发电实现能源的高效利用和减少对环境的污染。
新能源并网发电系统的发展已成为全球能源领域的热点，其关键技术和发展趋势备受关注。
1. 多晶硅太阳能电池技术：太阳能作为可再生能源中的重要组成部分，其电池技术的发展对新能源并网发电系统至关重要。
目前，多晶硅太阳能电池技术已经成熟，并且在提高光电转换效率和降低成本方面取得了显著进展。
2. 风力发电技术：风力发电是新能源并网发电系统中的另一个重要组成部分。
风力发电技术的发展主要包括风机设计、风场优化、风电机组控制等方面。
随着风力发电技术的不断提升，风力发电已经成为全球新能源电力装机容量增长最快的领域之一。
3. 储能技术：新能源的不稳定性和间歇性给电网的稳定性和可靠性带来了挑战，而储能技术的发展可以有效缓解这一问题。
目前，包括钠硫电池、锂离子电池、超级电容等多种储能技术都在不断提升和改进，以满足新能源并网发电系统对储能技术的需求。
4. 智能电网技术：智能电网技术是新能源并网发电系统的核心技术之一，主要包括智能电表、智能变电站、智能配电网等方面。
通过智能电网技术，可以实现对新能源的有效管理和调度，提高电网的稳定性和可靠性。
5. 新能源电站运维管理技术：新能源并网发电系统中，新能源电站的运维管理对系统的长期稳定运行至关重要。
运维管理技术包括设备监测、故障预警、远程维护等方面，可以提高新能源电站的运行效率和可靠性。
1. 多能源互补：未来新能源并网发电系统将更多地采用多能源互补的方式，将风能、太阳能、生物质能等多种可再生能源相互补充，实现能源利用的多元化和高效性。
2. 高效储能技术：随着新能源电力装机容量的不断增长，储能技术的发展将会更加重要。
未来的高效储能技术将可以更好地解决新能源的不稳定性和间歇性，提高电网的稳定性和可靠性。
3. 智能化管理技术：新能源并网发电系统的智能化管理技术将得到更广泛的应用，通过大数据分析、人工智能等技术手段实现对系统的有效管理和调度，提高系统的运行效率和可靠性。
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（3）控制部分
控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄 电池的工作状态进行切换和调节。
把调整后的电能直接送往交流或直接负载； 把多余的电能送往蓄电池组储存； 发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送
往负载，保证整个系统工作的连续性和稳定性。
1. 风—光互补发电系统
风—光互补发电系统：风能和太阳能在能量上的相互补充， 共同给负载供电 。（丹麦学者1981提出）
主要特点: ① 弥补独立风力发电和太阳能光伏发电系统的不足， 向电网
提供更加稳定的电能。 ② 充分利用空间，实现地面和高空的合理利用。 ③ 共用一套送变电设备，降低工程造价。 ④ 同用一套经营管理人员, 提高工作效率, 降低运行成本。
1. 风速和风功率密度
❖ 风速和风功率密度 ❖ 月平均值、年平均值 ❖ 各月同一钟点平均值、全年同一钟点平均值
2. 风速和风能频率分布
❖ 以1m/s为一个风速区间，统计每个风速区 间内风速和风能出现的频率。每个风速区 间的数字代表中间值，如5m/s风速区间为 4.5~5.4m/s。
3.风向频率及风能密度的方向分布 ❖ 风速玫瑰图 ❖ 风能玫瑰图 ❖ 风向玫瑰图
• 风光互补发电系统中，由光伏阵列负责将太阳光辐射转换 成电能，光伏阵列由一系列太阳能电池经过串、并联后组 成。太阳能电池是光伏发电的最基本单元。
（2）光伏发电部分 太阳能电池基本类型 单晶硅太阳能电池
当前发展最快，转换效率最高，可达24%。 多晶硅太阳能电池
其材料制造简便，节约能耗，总的生产成本低，转换效率12%。 非晶硅太阳能电池
❖ 列出 ❖ 再判别 ❖ 替换 ❖ 注明原因、来源
3.计算测风数据的完整率
4. 验证结果
❖ 整理出一套至少连续一年的风电场实测逐个 小时风速、风向数据，注明这套数据的完整 率。
（三）数据处理
❖ 1. 风速和风功率密度 ❖ 2. 风速和风能频率分布 ❖ 3. 风向频率及风能密度的方向分布 ❖ 4. 风切变指数 ❖ 5. 绘制风况图
（1）风力发电部分 风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力 风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充 电，经过逆变器对交流负载充电。或者直接对直流负载充电。
（2）光伏发电部分 • 光伏发电部分利用 太阳能电池板的光伏效应将光能转换
为电能，然后对蓄电池充电，经过逆变器对交流负载充电， 或者直接对直流负载充电。
风能与太阳能随季节、时间、天气等条件的变化差异很大。 为保证供电质量，在单独发电或互补发电系统中都必须配备 储能环节，应用最广泛的是利用铅酸蓄电池的化学储能。
风－光互补发电系统至少由风机、光伏发电、蓄电池和用电负 载等部分组成。系统中由风机、太阳电池和蓄电池联合为用电 负载供电。最简单的风-光互补发电系统如图所示 。
第六章 并网风力发电系统
第一节 风电场选址和发电机组的排列
❖ 风电场选址 ❖ 风电场风资源评估 ❖ 发电机组位置排列及尾流效应 ❖ Wasp软件的原理及应用
一、风电场选址
风能资源
地形地貌特征 风力造成的植物变形 受风力影响形成的地貌 向当地居民调查了解
电网连接 地质条件 交通条件 地形条件 社会经济因素
（二）风电机组尾流效应
❖ 风电场尾流影响使发电量减少约5%左右。
第二节 互补运行发电系统概述
互补发电运行系统：由两种以上的能源组成的供电系统，其中 至少有一种能源相对稳定。
主要特点： 系统可靠性高 配置灵活性
主要类型：
• 风力-光伏互补发电系统 • 风力-柴油互补发电系统 • 光伏-柴油互补发电系统 • 风力-光伏-柴油互补发电系统
二、风电场场址风能资源评估
（一）数据验证 （二）数据修订 （三）数据处理 （四）风资源评估
（一）数据验证
❖ 1. 数据检验
完整性检验：数量、时间顺序 合理性检验：范围、相关性、趋势检验
❖ 2. 不合理数据和缺测数据的处理 ❖ 3. 计算测风数据的完整率 ❖ 4. 验证结果
2. 不合理数据和缺测数据的处理
将风力发电与太阳能发电技术加以综合利用，从而构成一 种互补的新型能源，是本世纪能源结构的一个新的增长点。
风－光互补发电系统的发电和储能配置，应考虑： —负荷的用电量及其变化规律； －蓄电池的能量损失和使用寿命； －太阳能和风能的资源情况。
根据风-光的变化情况，有三种可能的运行模式： 风电机组单独向负载供电； 光伏电池单独向负载供电； 风电机组和光伏电池联合向负载供电。
对气象资源利用更充分，在适当的气象条件下可 实现昼夜连续发电，提高可供电的稳定性和可靠 性。
单位容量投资和发电成本低于光伏发电系统。 如果太阳能资源和风资源在时间和强度上互补性
好，则可减少电池组容量，因而减少了运行成本 （蓄电池寿命一般为三年）。
4. 风切变指数
5. 绘制风况图
❖ 年风况图
全年的风速和风功率日变化曲线图、风速和风功 率的年变化图、全年的风速频率分布直方图、全 年的风向和风能玫瑰图。
❖ 月风况图
各月的风速和风功率日曲线变化图、各月的风向 和风能玫瑰图。
（四）风资源评估
❖ 1.风功率密度 ❖ 2.风向频率及风能密度的风向分布 ❖ 3.风速的日变化和年变化 ❖ 4.湍流强度 ❖ 5.其他气象因素
1.风功率密度
2.风向频率及风能密度的风向分布
全年的风向玫瑰图
全年的风能玫瑰图
❖ 3.风速的日变化和年变化 ❖ 4.湍流强度 ❖ 5.其他气象因素
三、风电机组位置排列及尾流效应
（一）风电机组位置排列
❖ 作为一条指导原则，风电场布置风电机组时，在盛 行风向上要求机组间隔5~9倍风轮直径，在垂直于 盛行风向上要求机组间隔3~5倍风轮直径。
（4）逆变系统 逆变器就是把直流电（例如12VDC）逆变成交流电（例如 220VAC）的设备，一般分为独立逆变器和并网逆变器。
（5）直流负载
指以直流电为动力的装置或设备，如直流电动机、高强度 LED发光管等
（6）交流负载
指以交流电为动力的装置或设备，如日常家用电器、交流电 动机。
风—光互补发电系统的优点：