风力发电技术讲座(六) 风电场及风力发电机并网运行
风力发电机并网 原理ppt课件
2. 主要三种并网方式
交流励磁变速恒频发电机采用双馈型异步发电机,与传 统的直流励磁同步发电机以及通常的异步发电机相比, 其并网过程有所不同。采用交流励磁后,可根据电网电 压和发电机转速来调节励磁电流, 进而调节发电机输出 电压来满足并网条件,因而可在变速条件下实现并网 。 变速恒频风力发电机组的并网方式主要有空载并网,带 独立负载并网,孤岛并网。其中,空载并网和带独立负载 并网2种方式中,转子励磁变换器直接与电网相连,双馈 电机定子与电网经过开关相连,而孤岛并网方式则是定 子与转子励磁变换器直接连接,再经过开关连接到电网, 电网经过预充电变压器与直流母线连接。
•
• 从定子侧看，这与一般同步发电机具有 直流励磁的转子以同步转速旋转时，在
发电机气隙中形成的同步旋转磁场是等
效的。因而，只要做到转子的机械转速 nr2和三相交流电流在转子表面产生的旋 转磁场的转速nr1互补，即nr1±nr2≌ns，
就可以在不同的转子转速情况下，在定 子绕组中总能感应出频率恒定的50Hz交 流电。
三、GE风机并网方式简介
• 1. 预充电：预充电接触器MA吸和，变频 器直流母排充电至970DC左右，机侧变 频器工作，母排直流电压经机侧变频器 逆变对发电机转子加电压。
• 2.风机达到并网转速，同时网侧变频器及 5Q2检测电压等条件达到并网条件，网侧 接触器合，预充电接触器分。
• 3. 5Q1和5Q2检测5Q3两侧电压、频率等 并网条件，如条件达到5Q3合，风机并网
风力发电机并网
一、双馈异步发电机并网方式简介 二、华锐风机并网方式简介 三、GE风机并网方式简介
一、双馈异步发电机并网方式简介
1.双馈异步发电机 发电机的定子直接连接到电网上，转子 和变流器相连。当风力驱动发电机旋转 时，在变流器的控制下，发电机把机械 能转ห้องสมุดไป่ตู้成电能向电网馈电。
风力发电机并网 原理 PPT
• 2. 网侧变频器接触器闭合(S6)。网侧变频 器接触器闭合，同时预充电接触器断开， 能量从网侧经变频器至直流母排，母排 电压为1050DC，网侧变频器提供系统所 需无功能量，包括变压器、高频滤波装 置等。
• 3. 电机侧变频器启动(S7)。网侧变频器电 流80A左右，电机侧变频器电流20A左右。
• 2.风机达到并网转速，同时网侧变频器及 5Q2检测电压等条件达到并网条件，网侧 接触器合，预充电接触器分。
• 3. 5Q1和5Q2检测5Q3两侧电压、频率等 并网条件，如条件达到5Q3合，风机并网
• 4. 同步(S7-syn)。风机转速达到12001400rpm，电机侧变频器注入140A电流， 电机定子侧电压达到690V。
• 5. 定子接触器闭合，发电(S8)。定子电压 幅值、相位、频率与电网电压近乎一致， 定子接触器闭合，风机并网发电。
三、GE风机并网方式简介
• 1. 预充电：预充电接触器MA吸和，变频 器直流母排充电至970DC左右，机侧变 频器工作，母排直流电压经机侧变频器 逆变对发电机转子加电压。
二、华锐风机并网方式简介
• 1. 预充电(S2)：防止高频滤波器件过流。 预充电接触器吸和，变频器直流母排充 电至970DC左右，网侧变频器工作，母 排直流电压经网侧变频器逆变使A点电压 渐升为690AC，且电流值为57A。如果没 有预充电环节，直接吸和网侧接触器， 会使A点瞬间过电流。
大家有疑问的，可以询问和交流 可以互相讨论下，但要小声
此时输入转子电流的频率fr1为：
fr1=P·nr1/60=p(ns-nr2)/60=P·ns·S/60=S·fs
式中：S—转子滑差 fs---工频
上式表明：当发电机的转子以不同的转速 （滑差为S）运行时，只要根据转子转速的变 化来调节输入转子电流的频率，使变频器在转 子三相对称绕组中随时输入滑差频率fr1的电流， 就可以在发电机气隙中形成同步速度的旋转磁 场，在定子绕组中产生恒定频率的电势，满足 其并网运行的要求。
风力发电机组的并网运行
需要指出的是，感应发电机的最大转矩与电网电 时可能出现的失步问题。
压 的 平 方 成 正 比 ，电 网 电 压 下 降 会 导 致 发 电 机 的 最 大
* ) 由于频率变换装置采用静态自励式逆变器，虽
风力驱动的同步发电机与电网并联运行的电路如 图!所示。除风力机、增速器外，电气系统包括同步发电 机 、励 磁 调 节 器 、断 路 器 等 ，发 电 机 通 过 断 路 器 与 电 网 相联。其运行特点是：
! 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：风力发电机的端电压大小 等于电网的电压；风力发电机的频率等于电网的频率； 并联合闸的瞬间，风力发电机与电网的回路电势为零；
输出的有功功率 !，即：
! # !#$ & "(./
’0-
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 ! 就必然增大。图0示出同 步发电机的功角特性，可以看出，当 ! % 123时，输出功 率达到最大值，这个发生在 456 ! % !时的最大功率叫做 失步功率。达到这个功率后，如果风力机输入的机械功
这种同步并网方式可使并网时的瞬态电流减至最 小，因而风力发电机组和电网受到的冲击也最小。但是 要求风力机调速器调节转速使发电机频率与电网频率 的 偏 差 达 到 容 许 值 时 方 可 并 网 ，所 以 对 调 速 器 的 要 求 较高，如果并网时刻控制不当，则有可能产生较大的冲 击 电 流 ，甚 至 并 网 失 败 。另 外 ，为 了 实 现 上 述 同 步 并 网 所需要的控制系统，一般不是很便宜的，对于小型风电 机组将会占其整个成本的一个相当大的部分，由于这 个原因，同步发电机一般用于较大型的风电机组。
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。
风力发电并网讲解
2.恒速恒频变桨距型
变桨距是指安装在轮毂上的叶片通过控制可以改变其桨距角的
大小。变桨距系统是大型风电机组控制系统的核心部分之一，对机组
安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。稳定的变桨距控制已
经成为当前大型风力发电机组控制技术研究的热点和难点之一。
恒速恒频变桨距风力发电机
风机的偏航装置
就目前应用范围来讲，风力发电机组一般按调节方式和运行方式可
以分为恒速恒频、变速恒频两种类型。恒速恒频风力发电机组在额定 转速附近运行，滑差变化范围很小，发电机输出频率变化也很小，所 以称为恒速恒频风力发电机组。变速恒频方式通过控制发电机的转速， 能使风力机的叶尖速比(tip speed ratio)接近最佳值，从而最大限度 的利用风能，提高风力机的运行效率。恒速恒频和变速恒频风力发电 系统的基本结构如下图
2，风力发电的现状
利用风能发电始于 19 世纪末，到上世纪 80 年代通过建立大型 风力发电场来大规模利用风能，风力发电运行技术及并网研究也得到 较大发展。自 90 年代以来，风力发电容量以每年平均 22%的速度增 长，近五年的增长速度为 35%~50%，在各种发电方式中风力发电量 增长速度居于首位。下图是世界风力发电装机总容量的发展趋势图， 可以看出，风力发电装机总容量在 1999 年后上升很快，总装机容量 每年都在 20%以上的速度增长，2004 年年底达47.317GW。
目前可控硅软并网方法是目前异步风力发电机组普遍采 用的并网方法。
问题
能否实现风光互补技术，即光伏和风力联合发电并网？ 风力发电装机容量大但实际发电量低，效率低， 粗调与微调相结合 故障检修，工作量大 1.500个风机，现场怎么并网，每一台并网方式是否是 一样，控制方式（变速恒频，恒速恒频） 2.风力发电并网逆变器与太阳能到底有什么差别，功能 上等 3.防止冲击，用电阻和电抗器有什么差别，容量大小选 择与那些因素有关
风力发电的并网技术
变流器
桨距角度
发电机 发电机转速
桨距驱动
AC DC
电流 PWM 直流电压
DC AC PWM
有功功率和无 直流母线电压
功功率控制
控制
电流
风速 风向
桨叶角控制
转速控制
-启动
-满载时
-半载
-关机
桨距控制
桨距控制模式 风机主控制系统
P 负载曲线 功率因数控制
变流控制系统
刹车控制 偏航驱动
变流控制命令
电网
极数：72 极。
2.4 多发电机型机组
叶片通过紧耦合主轴和单级 多输出轴齿轮箱，驱动多个中 速永磁发电机; 每个发电机有独立的变频 器，输出通过直流母线连接在 一起，再通过网侧逆变装置连 接到电网
６个500ＫＷ 325rpm 永磁同步发电机
4 PART
风力发电机的控制
变速恒频风力发电系统的特点是风力机和发电机的转 速可在很大范围内变化而不影响输出电能的频率。可以通 过适当的控制，使风力机的转速可变，使风力机的尖速比 处于或接近于最佳值，从而最大限度的利用风能。
2.2 多级增速型变速风力发电系统
通过齿轮增速，电 机体积小；增加系 统维护和故障率。 典型的机型是双馈 风力发电机
双馈风力发电机系统结构图
2.3 半直驱型变速风力发电系统
通过1级齿轮增速，电机体积较小；降 低系统维护和故障率，是折中方案。
一级行星齿轮 箱 9：1
发电机转 速：190rpm；
双馈式风力发电机机侧变流器控制原理
双馈式风力发电是在双馈式异步电机的转子中施加转差 频率的电压(或电流)进行励磁,调节励磁电压的幅值、频率和相 位,实现定子恒频恒压输出。当发电机转子旋转频率fm变化时, 控制转子励磁电流频率f2确保定子输出频率f1恒定。设p为极对 数,则有
风力发电技术讲座(六)+风电场及风力发电机并网运行
１风电场风电场（即风力发电场）是大规模利用风能的有效方式。
风电场是在风能资源良好的较大范围内，将几台、或几十台、或几百台单机容量数十千瓦、数百千瓦，乃至兆瓦的风力发电机，按一定的阵列布局方式，成群安装组成的向电网供电的群体。
（１）风电场的发展２０世纪７０年代末，风电场的概念首先在美国提出。
到１９８７年，世界上９０％以上的风电场建在美国．主要分布在加利福尼亚州及夏威夷群岛．装有７０００多台不同型号风力发电机。
总装机容量在６００ＭＷ以上。
另外，丹麦、荷兰、德国、英国等也都建有总装机容量达兆瓦以上的风力发电场。
进入２０世纪９０年代。
特别是９０年代后半期，不仅在发达国家，而且在发展中国家，风力发电场的建设都呈现蓬勃发展的局面。
到２００３年底．全世界风电场总装机容量达３９１５１ＭＷ，其中德国最多，为１４６０９ＭＷ，其次美国为６３７０Ｍｗ，西班牙为６２０２ＭＷ，丹麦为３１１０ＭＷ：发展中国家印度的风电场总装机容量已超过２１１０ＭＷ，居第５位。
中国为５６７ＭＷ。
位于第９。
（２）选择风电场的场址需考虑的因素和条件①风电场要建立在风能资源丰富地区，年平均风速应在６。
７ｍ，ｓ以上；风能密度应达到２５０Ｗ／ｍ２以上：②风电场地区的盛行风向（经常出现的风向）稳定；③要测量和收集预选风电场址（至少２年）的风况特性（包括风速、风向、风频及风速沿高度的变化等），以便对场内安装韵风力发电机的发电量作出精确的估算；④有预选风电场址所在地区的气象环境情况（如温度、相对湿度、大气压力、空气密度）及特殊气象情况（如台风、大风、冰冻、盐雾、沙尘、雷电、紊流等）的详细观测数据及资料；⑤有风电场地区的地形、地貌（如地表面摩擦系数）、障碍物（如建筑物）等详细的资料；⑥风电场应距公路较近，这将关系到风电设备的运输方便与否，进而影响风电场工程费用；⑦风电场应距地区电力网较近。
这将影响风电工程费用；规划出风电场送入地区电力网的最大电功率与地区电力网总容量的比例．即风电的最大透入率。
风力发电故障分析及并网技术
风力发电故障分析及并网技术——故障分析：谢吉堂并网技术：金崇伟1 风力发电背景风能是一种干净清洁的、储量及其丰富的可再生能源，它和其他存在自然界的矿物燃料能源如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化利用而减少，因而也可以说风能是一种取之不尽、用之不竭的新能源；而煤、石油、天然气等矿物燃料能源，其储量随着利用时间的增长而日益减少枯竭。
矿物燃料在利用的过程中会带来严总的环境污染问题，如空气中CO2、SO2、NO、CO等气体的排放增多导致了温室效应、酸雨等问题产生。
从上个世纪七十年代，世界各个国家对环境保护、能源危机、节能技术等的关注，认为大规模风力发电是减少空气污染、减少有害气体的排放量的有效措施之一。
德国、丹麦、荷兰、瑞典、印度、加拿大等国大力发展风力发电技术，并且取得了显著成绩。
2013年全球风电装机新增35467MW，截止到2013年底，全球风电累计装机容量达到318137MW。
中国风能储量大，分布广，而且开发利用潜力巨大。
全国平均风功率密度为100W/m2，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW，共计约10亿kW。
在“九五”期间，我国的风力发电有了快速发展。
到2012年底，我国已在14个省份建立了风电场，累计装机达到75324MW，占世界装机容量的1/4。
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
风力发电技术是一种利用风能驱动风机桨叶，进而带动发电机组发电的能源技术。
由于风能清洁、无污染、可再生的特点，世界各国大力发展风电技术，风电正不断超越其预期的发展速度而发展，并一直保持着世界增长最快能源地位。
2 风力发电故障分析的意义风电对于缓解能源供应、改善能源结结构、保护环境等方面意义重大。
这些年，风电机组在我国得到了广泛的安装使用。
由于风力发电机组通常处于野外，环境条件恶劣，容易出现故障，维修起来耗费大量人力物力，对风机的可靠性越来越高。
大型风电场运行的特点及并网运行的问题
大型风电场运行的特点及并网运行的问题摘要：我国随着社会的发展电力事业也在不断的发展中，直至目前我国的风力发电已经逐渐发展稳定。
但是，较大规模的风力发电在实际的运行中需要实现并网，但是又因为风力发电本身具有一定的特性，导致在接入风电时就会对电网产生一定的影响。
在实际的建设风电场时，一般会将风电场建设在电网的末端，这样对电场的运行有一定的影响，同时也会影响到电压的质量。
本文笔者主要针对大型风电场运行的特点及并网运行的问题进行分析，希望通过笔者的分析可以为大型的风电场运行提供一些帮助。
关键词：大型风电场；风力发电；运行特点；并网运行问题由于风电本身有一定的特性，所以，电网一定要根据规律运行，保证向顾客输送的电压可以连续稳定，同时电场也要保证电能的质量，以及电压的稳定。
但是目前很多规模较大的风电场在实现并网时都会面临一些问题，尤其是风速对风电场的安全影响以及运行的稳定对电能质量的影响，这些都对较大规模的风电场的建设以及电网规划、运行控制好质量经济上有很大的影响。
所以，为了更好地保证风电场的运行，一定要结合运行的特点，及时发现运行中的问题，并采取有效的措施进行解决。
1.我国目前的大型风电场运行的特点分析我国目前的大型风电场在运行时具有以下的特点。
其一，就是风能的能量具有较小的密度，在运行的过程总为了保证具有相同的电容量，发电机的风轮尺寸较大，比正常的水轮机大很多，其二，就是在实际的运行是风能的稳定性不是很好，由于风能具有一定的特性，他的随机性以及稳定性较差，经常会因为风速和风向的变动，发动机受到影响，因此，在实际的运行中，为了使发电机能更好地发电，必须安装可以对风速和风向进行调节控制的装置；其三，就是风电场的风能不能实现有效的储存，例如独立发电的机组如果想实现持续发电，就要在运行中安装储存装置；其四，就是发电场的风轮的发电效率过低；其五，就是目前的风电场的建设位置都在偏远地区，虽然我国的风力发电发展势头很好，但大多都集中在北部地区。
风力发电机并网原理PPT课件
二、华锐风机并网方式简介
• 1. 预充电(S2)：防止高频滤波器件过流。 预充电接触器吸和，变频器直流母排充 电至970DC左右，网侧变频器工作，母排 直流电压经网侧变频器逆变使A点电压渐 升为690AC，且电流值为57A。如果没有 预充电环节，直接吸和网侧接触器，会 使A点瞬间过电流。
• 2. 网侧变频器接触器闭合(S6)。网侧变 频器接触器闭合，同时预充电接触器断 开，能量从网侧经变频器至直流母排， 母排电压为1050DC，网侧变频器提供系 统所需无功能量，包括变压器、高频滤 波装置等。
三、GE风机并网方式简介
• 1. 预充电：预充电接触器MA吸和，变频 器直流母排充电至970DC左右，机侧变频 器工作，母排直流电压经机侧变频器逆 变对发电机转子加电压。
• 2.风机达到并网转速，同时网侧变频器 及5Q2检测电压等条件达到并网条件，网 侧接触器合，预充电接触器分。
• 3. 5Q1和5Q2检测5Q3两侧电压、频率等 并网条件，如条件达到5Q3合，风机并网
风力发电机并网
一、双馈异步发电机并网方式简介 二、华锐风机并网方式简介 三、GE风机并网方式简介
一、双馈异步发电机并网方式简介
1.双馈异步发电机 发电机的定子直接连接到电网上，转子 和变流器相连。当风力驱动发电机旋转 时，在变流器的控制下，发电机把机械 能转换成电能向电网馈电。
• 实际运行中，如果转子的机械转速nr2与 三相交流电流在转子表面产生的旋转磁 场的转速nr1(两者方向可以相同或相反) 之和等于电网频率为50Hz的发电机的同 步转速ns，即nr1±nr2=ns，此时在发电 机气隙中形成的同步旋转磁场就会在发 电机定子绕组中感应出频率为50Hz的感 应电势。
此时输入转子电流的频率fr1为：
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必须 慎重 考虑 的 因素 。所谓 尾流 效应 是指气 流经
⑧ 风 电场 虚 距 居 民 点 ｒ ・ 的 距 离 ， 降 低 定 以
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（ ） 电场 的 发 展 １风
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＠ 有预 选风电 ห้องสมุดไป่ตู้址所在地 的 气象环境 情
（ 温 度 相 对 湿 度 气 压 由 、 气 密 度 ） 特 如 大 李 及
殊 气 象 情 况 （ 台 帆 、 风 、 昧 、 雾 、 ： 雷 如 大 冰 盐 沙 、
⑨ 风 电场 占地 面 襁 要 少 ， 尽 量 减 少 对 可 耕 要 地 的 占川 、
（ 风 电｝ ３） 而内风 力 发 电机 的 排 列
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① 风 电场 要 建 Ｊ在 风 能 资 源 丰富 地 区 ． 平 『 年
均 风 速 在 ６ ７Ｉ 以 ｊ 风 能 崭 度 应 达 到 ２ １ ～ ： ５ ３
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③ 要测量 和收集预选 风电场址 ｃ 至少 ２年 ）
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的 变 化 等 ）以 便 州 场 内 安装 的 风 力发 电机 的 发 电 ．
１ 风 电场
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风 电 场 （ 风 力 发 电 场 ） 大 规 模 利 州 能 即 是
② 风 电场地区 的盛行 风向 ｌ 常出现的 风 经
向 ） 定； 稳
的 有 敞 方』 风 电场 是 在 风 能 资 源 良 好 的 较 大 范 Ｃ． 闱 内 ， 几 台 、 几 ｝台 或 儿 台 单 机 容 器数 卜 将 或 。
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电 １ 程 赞 Ⅲ ； 规 划 风 电场 送 人 地 区 电 力 网 的 最 ＿ 火 电 功 率 与 地 区 电 力 网 总 容 撞 的 比例 ．即 风 电 的 最大透入率 ． 便 确 定 电 场 风 力发 电 机 组 的输 对公用电力阿系统的影响 ：
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