风力发电系统并网与离网运行的柔性切换技术
风电发电机并网的方式
风力机 电阻箱
双PWM 变流器
控制信 号
变速恒频 发电机
转子电 流
定子信息
控制系统
电网
c.孤岛并网方式
此并网方案的实现共分为三个阶段： 1.励磁阶段 2.孤岛运行阶段 3.并网阶段
对电网时刻控制要求精确，若控制不当，则有 可能产生较大的冲击电流，以致并式及 特点
主要内容： 异步风力发电机的并网方式
a.恒速笼型异步风力发电机系 统
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异步发电机的并网结构
异步风力发电机的并网方式
直接并网方式 准同步并网方式 捕捉式准同步快速并网 降压并网方式 软并网方式
准同期并网的优缺点
优点： 冲击电流较小。对系统的电压影响 较小，设和与电网容量比风力发电机组 大不了几倍的地方使用。
缺点：并网时间长，必须控制在最大允许 的转矩范围内运行，以免造成网上飞车 。
捕捉式准同步快速并网
工作原理：是将常规的整步并网方式改为在频率变化 中捕捉同步点的工作方法进行并网。
优点：并网工作准确，快速可靠，即实现几乎无冲击 的准同步并网，对机组的调速精度要求不高，很好 的解决了并网过程与造价高的矛盾，适合于风力发 电机组的准同步并网操作。
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风力发电系统结构示意图
各类风力发电机并网的方式
引言 恒速恒频风电机组并网
运行的模式及其特点 变速恒频风电机组并网
运行的模式及其特点
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恒速恒频同步发电机的并网方式
同步发电机在运行中 ,既能输出有功功率 ,又 能提供无功功率 ,且周波稳定 ,电能质量高 ,已 被电力系统广泛采用。然而 ,将其移植到风力 发电机组上使用时却不是很理想。这是因为 风速时大时小 ,致使作用在转子上的转矩极不 稳定 ,并网时其调速性能很难达到同步发电机 所要求的精度。并网后若不进行有效的控制 , 常会发生无功振荡与失步问题 ,在重载下尤为 严重。
风力发电机组并网技术
风力发电机组并网技术20世纪90年代，L.Xu, Bhowink, Machromoum, R.Pena等学者对双馈电机在变速恒频风力发电系统中的应用进行了理论、仿真分析和试验研究，为双馈电机在风力发电系统中的应用打下了理论基础。
同时，电力电子技术和计算机技术的高速发展，使得采用电力电子元件(IGBT等)和脉宽调制(PWM)控制的变流技术在双馈电机控制系统中得到了应用，这大大促进了双馈电机控制技术在风电系统中的应用。
八十年代以后，功率半导体器件发展的主要方向是高频化、大功率、低损耗和良好的可控性，并在交流调速领域内得到广泛应用，使其控制性能可以和直流电机媲美。
九十年代微机控制技术的发展，加速了双馈电机在工业领域的应用步伐。
近十年来是双馈电机最重要的发展阶段，变速恒频双馈风力发电机组已由基本控制技术向优化控制策略方向发展。
其励磁控制系统所用变流装置主要有交交变流器和交直交变流器两种结构形式:(1)交交变流器的特点是容量大，但是输出电压谐波多，输入侧功率因数低，使用功率元件数量较多。
(2)采用全控电力电子器件的交直交变流器可以有效克服交交变流器的缺点，而且易于控制策略的实现和功率双向流动，非常适用于变速恒频双馈风力发电系统的励磁控制。
为了改善发电系统的性能，国内外学者对变速恒频双馈发电机组的励磁控制策略进行了较深入的研究，主要为基于各种定向方式的矢量控制策略和直接转矩控制策略。
我国科研机构从上世纪九十年代开始了对变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究，但大多数研究还仅限于实验室，只有部分研究成果在中，在小型风力发电机的励磁控制系统中得到应用。
因此，加快双馈机组的励磁控制技术的研究进度对提高我国风电机组自主化进程具有重要意义。
除了上面提到的双馈风力发电系统励磁控制技术研究以外，变速恒频双馈风力发电系统还有许多研究热点包括:(I)风力发电系统的软并网软解列研究软并网和软解列是目前风力发电系统的一个重要部分。
风力发电并网技术分析及电能质量的控制
风力发电并网技术分析及电能质量的控制作者：王位俊来源：《华中电力》2014年第04期摘要：风力发电是一种新型的绿色能源，正逐渐成为世界各国争相开发的新技术能源。
近几年来，随着科学技术的进步，变速双馈风力发技术在风力发电中得到广泛应用。
该技术能够最大限度的捕获风能，同时还能够实现发电机组以及电网之间的柔性，提高风力发电系统运行的动静态稳定性。
本文针对双馈风力机并网技术进行简单阐述，重点讨论双馈风力发电机组的控制策略，最后通过系统仿真来验证双馈发电机运行性能。
关键词：双馈风力发机；最大风能控制；工作原理；优化策略；仿真技术近几年来，随着国际工业化的进程，全球气候逐渐变暖，环境污染日益严重，支撑工业化进程的能源以及电力所主要依靠的化石燃料已越来越少，常规能源面临着枯竭，因此，风能属于可再生能源，选择风力发电能够延缓煤炭以及石油、天然气等常规能源的枯竭。
双馈恒频发电是20世纪末发展的一种新型发电模式，主要是利用电子技术以及矢量变换控制技术、微机信息处理技术从而引发的发电，在发电技术中得到广泛应用。
[1]到目前为止，主要有爬山法、功率信号反馈控制以及叶尖速比控制方法，来提高风力发电机组的工作效率。
然而，这几种方法几乎都忽略了双馈发电机组本身的效率，即使在风力机中能够获得比较大的风能捕获，但是发电系统对电网输出的有功功率还是会随着电机效率的不同而出现差异。
因此，本文就在捕获最大风能的基础之上，提出双馈风力发电机组的风能控制策略。
一、双馈风力发电机并网技术到目前为止，适合交流励磁双馈风力发电机组的并网方式主要是基于定子磁链定向矢量控制的准同期并网控制技术，即空载并网方式、独立负载并网方式、孤岛并网方式。
另外，对于垂直轴型的双馈机组，由于不能自动起动，所以必须采用“电动式”并网方式。
1、空载并网方式所谓空载并网就是并网前双馈发电机空栽，定子电流为零，提取电网的电压信息（幅值！频率！相位）作为依据提供给双馈发电机的控制系统，通过引入定子磁链定向技术对发电机的输出电压进行调节，使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率！相位和幅值一致。
风电及其并网技术
电气工程新技术专题题目：风电及其并网技术专业：电气工程及其自动化班级：*********姓名：*********学号：*********指导老师：*********风能是一种清洁、实用、经济和环境友好的可再生能源，与其他可再生能源一道，可以为人类发展提供可持续的能源基础。
在未来能源系统中，风电具有重要的战略地位。
风力发电是一种技术最成熟的可再生能源利用方式，其发电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。
依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
风力发电所需要的装置称作风力发电机组，大体可分风轮（包括尾舵）、发电机和铁塔三部分。
风力发电有两种不同的类型，即：独立运行的——离网型和接入电力系统运行的——并网型。
离网型的风力发电规模较小，通过蓄电池等储能装置或者与其他能源发电技术相结合（如风电/水电互补系统、风电——柴油机组联合供电系统）可以解决偏远地区的供电问题。
并网型的风力发电是规模较大的风力发电场，容量大约为几兆瓦到几百兆瓦，由几十台甚至成百上千台风电发电机组构成。
并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑，更加充分的开发可利用的风力资源，是国内外风力发电的主要发展方向。
并网型风力发电系统是指风电机组与电网相联，向电网输送有功功率，同时吸收或者发出无功功率的风力发电系统，一般包括风电机组（含传动系统、偏航系统、液压与制动系统、发电机、控制和安全系统等）、线路、变压器等。
并网型风力发电机组可分为恒速频风发电系统和变速恒频发电系统。
目前国内外普遍使用的是水平轴、上风向、定桨距（或变桨距）风力机，其有效风速范围约为3~30m/s，额定风速一般设计为8~15m/s，风力机的额定转速大约为20~30转/分钟。
变速恒频风力发电系统的发展依赖于大容量电力电子技术的成熟，从结构和运行方面可分为直接驱动的同步发电机系统和双馈感应发电机系统，在风力机直接驱动同步发电机构成的变速恒频发电系统中，风力机直接与发电机相连，不需要齿轮箱升速，发电机输出电压的频率随转速变化，通过交-直-交或交-交变频器与电网相联，在电网侧得到频率恒定的电压。
2.风力发电及其并网技术
3 、风力机的功率调节
（3） 直驱永磁变速恒频风力发电机 PMSG
PMSG
电 网
机侧 变换器
网侧 变换器
2.3 风力发电系统的并网运行
1 大容量风电场并网对电力系统电能质量的影响 电压 恒速异步感应风电机组接入瞬间会产生较大的冲击电流，
使电网电压瞬时跌落；异步发电机运行时要从电网吸收感性无 功来建立磁场，也会引起无功损耗和电压损耗导致电压偏差增 大。变速双馈感应风电机组和永磁同步风电机组能实现有功和 无功的解偶控制，控制调节功率因数为1时，风电场与电网之间 可以不发生无功功率的交换，较之恒速异步风电机组，能够在 一定程度上缓解地区性的电压偏差问题。但当风力发电机出力 较大时，由于有功功率在线路上流动而消耗的无功功率，也可 能会造成电压降落，引起电压偏差过大。
2、全球区域风资源分布
三、风能资源的分布
三、风能资源的分布
三、风能资源的分布
三、风能资源的分布
3、我国分能资源分布
三、风能资源的分布
2.2风力发电机组
根据系统的运行方式，风力发电机组可以分： 离网型运行机组 互补运行机组 并网型运行机组
风力发电系统包括风力机及其控制系统与发电机及其控制系统两个 部分。
2.3 风力发电系统的并网运行
2 风电并网对系统安全稳定性的影响 暂态稳定性 恒速异步感应风电机组与电网的机电耦合紧密，动态 稳定性受异步发电机临界转速和故障持续时间的影响 较大。变速恒频风电机组利用变流器参与系统的无功 和电压控制，具有一定的无功调节能力，风电机组可 以按照不同的控制策略，吸收或发出无功功率进行电 压控制，其电网暂态稳定性的好坏主要取决于风电机 组的控制策略。
2.3.3风力发电机组的并网技术
1 风力发电机组的并网方式 异步风力发电机 降压并网 为了降低并网合闸瞬间冲击电流的大小和电网电压 下降的幅度，并网时在异步发电机每相绕组与电网 之间串联电阻或电抗器，或者接入自耦变压器。当 发电机并网稳定运行后再将接入的元件迅速从线路 中切除以免其消耗功率。
风力发电及其技术发展综述
风力发电及其技术发展综述摘要：风能，作为最为成功的可再生能源，其凭借现有科技水平成为发展最快的清洁能源技术。
随着全球风电的迅速发展，我国也在大力发展风电市场。
本文描述了目前风力发电系统的性能特点和结构形式，并对国内风力发电的现状和世界风力发电的趋势进行了必要的阐述。
同时针对我国大型风电机组的发展状况，指出了大规模发展风电，需要面临的主要问题与挑战。
关键词：风力发电机组；风力发电系统；发展趋势；面临问题1风能利用潜力风能是地球上重要的可再生能源之一，它具有储藏量巨大、可在生、分布广、无污染的特性，是我国乃至世界可再生能源开发利用的重点。
目前，风力发电是风能利用的主要形式，受到各国的高度重视，并且正在飞速发展与热力发电设施有所区别，风力发电不需冷却水，使用风力发电可是公用水系统用水减少17%，等价于不需在建设80GW新的燃煤电厂。
风力发电无需燃烧燃料，更不会产生辐射和空气污染；另外，从经济的角度讲，风力仪器要比太阳能仪器便宜90%多。
我国风能储量相当大，分布面广，甚至比水能还丰富。
合理利用风能，既能解决目前能源短缺的压力，又能解决环境污染问题。
风能还是极为清洁高效的能源。
每10MW风电入网可节约3.73t煤炭，同时减少排放粉尘0.498t、CO29.35t、NOX 0.049t和上SO2 0.078t。
例如，2000年，我国风力发电9.65亿千瓦时，共节煤35万t；2002年德国风力发电170千瓦时，节煤442万t，减少CO2排放1428万t。
我国能源资源虽然丰富但是人均资源先对匮乏，远低于世界平均水平。
2000年全国人均煤，石油，天然气可采储量与人均水电资源占世界平均值的55.4%、11.1%、4.3%和70%。
随着我国经济的快速发展，能源瓶颈对经济发展的制约越来越明显。
预计我国国内能源供应的缺口量，在21世纪初期将超过100Mt标准煤，2030年为250Mt标准煤，到2050年为460Mt标准煤，大约占年供应需求量了10%，因此未来我国能源供应形势不容乐观。
离网风力发电机系统构成介绍
离网风力发电机系统构成介绍把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。
风力发电技术是一项多学科的、可持续发展的、绿色环保的综合技术。
风力发电所需要的装置称作风力发电机组。
风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分将风能转换为机械能；发电机部分将机械能转换为电能。
根据风力发电机这两大部分采用的不同结构类型，以及它们分别采用技术的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
风力发电机组主要由风轮、传动与变速机构、发电机、塔架、迎风及限速机构组成。
离网风力发电系统是利用风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。
离网风力发电供电系统一般包括风力发电机、智能控制器、逆变器、交流/直流负载、蓄电池组等部分，该系统是集风力发电技术及智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。
1、发电部分（1）风轮风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，风轮是集风装置，它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。
一般风力发电机的风轮由两个或三个叶片构成，桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其他复合材料（如碳纤维）来制造。
在风的吹动下，风轮转动起来，使空气动力能转变成机械能（转速+扭矩）。
风轮的轮毂固定在发电机轴上，风轮的转动驱动了发电机轴旋转，带动三相发电机发出三相交流电。
（2）调向机构调向机构是用来调整风力机的风轮叶片与空气流动方向相对位置的机构，其功能是使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而能最大限度地获取风能。
因为当风轮叶片旋转平面与气流方向垂直时，即迎着风向时，风力机从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构（国外通称偏航系统）。
小型水平轴风力机常用的调向机构有尾舵和尾车。
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。