风力发电并网方式的
风力发电机组并网控制与功率协调技术
风力发电机组并网控制与功率协调技术随着资源的匮乏和环境保护的呼声日益高涨，可再生能源成为热门话题。
风力发电作为其中的重要一环，其并网控制与功率协调技术的研究和应用显得尤为重要。
下文将从风力发电机组的并网控制和功率协调两个角度进行论述，展示风力发电的发展现状和未来趋势。
1. 风力发电机组的并网控制技术风力发电机组的并网控制是指将风力发电机组的电能输出与电网进行连接，实现发电功率的传输和利用。
1.1 并网方式及控制策略目前，常见的风力发电并网方式有直驱式和机械变速器式。
直驱式风力发电机组将风轮与发电机直接连接，无需机械传动装置，具有结构简单和可靠性高的优点。
而机械变速器式则通过机械变速装置将风轮的转速与发电机的额定转速匹配，提高发电效率。
在风力发电机组的并网控制中，需考虑风速、电网频率和功率等因素。
根据这些因素的变化，可以采用最大功率点跟踪(PPT)和恒速控制等策略，实现发电机组的最佳工作状态和最大发电功率输出。
1.2 并网保护与电网稳定性风力发电机组并网时，需考虑对电网的保护和稳定性。
并网保护主要包括过流保护、过频保护和过压保护等，通过在风力发电机组并网过程中监测和控制这些保护参数，确保电网运行的安全可靠。
另外，风力发电机组并网还需关注电网稳定性。
由于风力发电机组输出功率的波动性，可能会对电网频率和电压产生影响。
因此，需要通过有功和无功功率的控制，实现风力发电机组与电网的无缝衔接，提高电网的稳定性。
2. 风力发电机组的功率协调技术风力发电机组的功率协调是指通过合理的控制手段，使不同风力发电机组之间的功率输出协调一致，提高整个风电场的发电效率。
2.1 多机组的功率协调在大型风电场中，通常会有多台风力发电机组并列运行。
为了协调多机组之间的功率输出，减小风力发电机组之间的相互影响，可以采用功率控制策略。
这些策略主要包括基于功率参考值的PID控制、模型预测控制(MPC)和群控制等。
2.2 风电场的功率调度风电场的功率调度是指根据电网需求和风力资源情况，合理分配和利用风力发电机组的功率输出。
变速恒频风力发电机空载并网控制
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。
风电发电机并网的方式讲解
控制系统
电网
空载并网的优点
通过对发电机转子交流励磁电流的调节 与控制，就可在变速运行中的任何转速 下满足并网条件，实现成功并网，这是 这类新型发电方式的优势所在。
很好的实现了定子电压的控制，实现简 单，定子的冲击电流很小，转子电流能 稳定的过渡，
b.带独立负载的并网方式
并网前发电机带负载运行，根据电网信息和定子电 压、电流对风力发电机进行控制。
此时自动并网开关尚未动作，发电机通 过双向的晶闸管平稳的接入电网。发电 机平稳运行后，双向晶闸管出发脉冲自 动关闭。发电机输出电流不再经过双向 晶闸管而是通过已闭合的自动开关触点 流向电网。
两种软并网的差异
第一种方式所选用的是高反压双向晶闸管的电 流允许值比第二种方式的要大得多。这是因 为第一种方式要考虑到能达到发电机的额定 电流值，第二种方式只要通过略高于发电机 空载时的电流就可以满足要求。但需要采用 自动并网开关，控制回路也略显复杂。
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，以致并网失败。
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恒速恒频异步风力发电机及其并网方式及 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
8
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
降压并网图示
异步电 机
电抗器
电网
无 功 补 偿
软并网（SOFT CUT-IN）技术
采用双向晶闸管的软切入法，使异步发电机并网， 其连接方式有两种
1，异步风力发电机通过(或双向)晶闸管软切入装置 与电网直接相连，异步风力发电机在接近同步速时， 晶闸管的控制角在1800一0o之间逐渐同步打开，晶 闸管的导通角也在0o一1800之间逐渐同步打开，当 异步风力发电机滑差为零时，晶闸管全部导通，这 时短接已全部导通的晶闸管，异步风力发电机输出 电流直接流向电网，风电机组进入稳态运行阶段。
风力发电机并网控制三种方式
风力发电机并网控制三种方式
链接：/tech/6262.html
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
8
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。
1
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
3
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。
风力发电的并网接入及传输方式
风力发电的并网接入及传输方式摘要：在环境保护之中，风力发电是其中节约资源最为有效地方式，虽然现今一直处在低谷的时期，但是未来的发展前景十分广阔，风力发电技术也在逐渐的趋于成熟，世界装机容量以及发电量也在逐渐的加大，日后在发电市场也逐渐的会占有更大的比例。
本文主要就是针对风力发电的并网接入及传输方式来进行分析。
关键词：风力发电；并网接入；传输方式1、我国风力发电及并网发展情况相关的数据充分的表明，2010年的中国风电累积装机容量达到了4182.7万KW，在超过了美国之后，已经跃居成为世界第一装机大国。
但与此同时，风电的发电量只有500亿千瓦的时候，依据要比美国低，并网容量也只有吊装容量的三成左右，要比国际水平低出很多，这在很大程度之上严重的影响到了效益水平与风电效率的提高。
中国的风电行业的风电行业的发展速度也是十分的迅猛，基本上是用到了5年的时间最终才实现了欧美发达国家将近30年的发展进程，在产业逐渐进步市场规模快速发展的同时，其面临的问题与挑战也逐渐的凸显出来。
首先是中国风电装备的质量水平，其中包括了发电能力以及设备完好率等等均有待提高，其次就是吊装容量和并网容量之间的差别，和国际先进水平相比之下，还存在着较大差别。
怎么从装机大国转变成为风电的利用大国，也就成为了我国目前面临的最大问题。
2、风电机组及其并网接入系统2.1、同步发电机在该结构之中，允许同步发电机以可变的速度运行，可以产生频率与可变电压的功率。
以此来作为在并网发电的系统之中广泛应用的同步发电机，在运行的时候，不仅仅可以输出有功功率，而且还可以提供无功功率，且频率也是十分的稳定。
对于由风力机驱动的同步发电机和电网并联运行的时候，就随机可以采用自动准同步并网以及自同步并网的方式。
因为风电的电压、频率的不稳定性，一般就会使得应用前者并网相对比较困难；然而对于后者来说，因为并网的装置比较简单，最为常见的结构就是通过AC—DC—AC的整流逆变方式与系统进行并网，其原理结构如图1所示。
风力发电机组并网方式分析
１ 风 力 发 电机 组 并 网 条 件 １ ） 发电机发 出电源的相序与电网汇流排相序相 同。否则 ， 不但发 电机不能进入 同步 ， 而且 会产生 很大 的拍 振 电流 ， 使 发 电机绕组承受过大的电动力 ， 使线 圈变形绝缘短路。 ２ ） 发电机 的电压有效值 与 电网汇 流排的 电压有 效值相 等 或接近相等（ 电压差 ＜１ ０ ％） ， 否则 ， 会 由于电位差而产 生内部 无功环流 ， 生 成 很 大 的 电磁 冲击 力 。 ３ ） 发 电机的频率应与 电力系统电源的频率基本相等 （ 频率 差不能超过 ０ ． ５～１ Ｈ ｚ ） ， 否则会 因为拍振 电流和拍振 电压的有 功分量在发电机轴上产 生力矩 ， 使发 电机产 生机械振 动 ， 造 成 机组 损 坏 。 ４ ） 发 电机 的 电压 相 位 与 电力 系 统 电 源 的 电压 相 位 相 等 （ 相
１ ） 由于不采用齿轮箱 ， 机组水平轴 向的长度 大大减 小 ， 电 能生产 的机械传动路径缩短 ， 避免了因齿轮 箱旋 转而产生 的损 耗、 噪音 等 。 ２ ） 由于 发 电机 具 有 大 的表 面 ， 散热 条件更有 利 ， 使 发 电机 运 行 时 的 温 升减 低 ， 减小 发 电机 温 升 的 起伏 。
技 术 研 发
Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ０ Ｌ ０ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ ＭＡ Ｒ Ｋ Ｅ Ｔ
风 力 发 电机 组 并 网 方来自式 分 析 高彩 霞
（ 内蒙古送 变电有 限责任 公 司 风 力发 电承 装检修 工程 处 ，内蒙古 呼和 浩特 ０ １ ０ ０ ２ ０ ）
摘 要： 随着我 国风 电行业的发展 ， 风电装机容量快速增长 ， 通过分析 目前风 电场所选 用的不 同类型风 力发 电机 组， 并对
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。
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ZHANG Wei-liang PAN Min-jun WEI Da-song CHEN Fu-ling （School of Mechanical and Electronics Engineering,Hezhou Univ.Hezhou Guangxi, 542800,China ） 【Abstract】By analyzing the theory of grid-connected wind farms,the paper presents using direct-driven permannet magnet synchronous generator to achieve grid-connerted wind power according to the problem in wind power grid-connected difficult.Direct drive permanent magnet synchronous generator than traditional way of constant speed constant frequency grid interconnection is more stable. 【Key words】Wind power generation；Parallel operation；Constant speed constant frequency；Variable speed constant frequency
并网的结构相对复杂， 大多采用多级齿轮箱双馈异步风力发电机组。
当自然风速使得风力发电机转子转速频率与电网频率相同时，风力发
电机同步运行；当风力发电机的转速小于或者大于电网频率时，风力
发电机异步运行，通过双向变频器实现发电机组转。 在异步运行程中，不仅有励磁损
0 引言
当今石化能源的日益匮乏， 社会的发展对能源的需求不断增加。 风能作为一种清洁可再生能源越来越受到世界各国的重视。 近年来风 力发电在国内外都得到了突飞猛进的发展。 但由于风能的随机性和不 稳定性，在其发展的过程中也出现很多问题，其中风力发电并网难最 为突出。 风电并网技术成为风力发电领域研究的重难点问题。 如何将 并网瞬时冲击电流降低到最小规范值，进一步保证并网后系统电压稳 定是当今研究的重点方向。 本文对并网技术问题进行相关研究，提出 并网运行方式并进行分析比较。
1 风力发电并网运行的分析
随着风力发电的快速发展，风电场的并网已成为必然的途径。 从 风电问世以来，风力发电经历了独立运行方式、恒速恒频运行方式、变 速恒频运行方式。 当今变速恒频发电系统已成为主流，但风力发电并 网仍是热点的研究话题。
不管是哪一种发电类型，并网总是以保证电力系统稳定性为基本 原则。 风力发电相比于火力发电和水力发电，由于其不稳定性需要更 精确的并网控制技术。 并网运行时，需满足：（1）电压幅值与电网侧电 压 幅 值 相 等 ；（2）频 率 与 电 网 侧 频 率 相 同 ；（3）电 压 相 角 差 为 零 ；(4) 电 压 波形及相位与电网侧的电压波形及相位保持一致。 这样保证了并网时 冲击电流理想值为零。 否则，若并网产生很大的瞬时冲击电流，不仅损 坏电力设备，更严重的是使电力系统发生震荡，威胁到电力系统稳定 性。
与电网频率保持一致。 电机转动频率、定、转子绕组电流频率的关系式
为：
f1=
pn 60
±f2
式中：f1 为定子电流频率，f2 为转子电流频率，n 为转子转速。 双馈
发电机既可以同步运行也可以异步运行，通 过 精 确 地 控 制 双 PWM 变
频器，可以实行“柔性并网”，大大提高并网的成功率。 一般双馈发电机
2 变速恒频双馈发电机并网
目前，并网型的变速恒频风力发电机组主要采用双馈发电机和永 磁同步发电机。
变速恒频双馈发电机的并网原理图如图 1 所示。 双馈发电机并网的工作原理为当风速变化时，发电机的转子励磁
回路由双 PWM 变频器控制转子励磁电流的频 率 ，转 子 转 速 与 励 磁 电
流频率合成定子电流频率。 调节励磁电流频率，使定子电流频率始终
耗，而且还要从电网吸收无功功率，所以需在并网侧安装无功补偿器。
图 1 变速恒频双馈发电机的并网原理图 3 直驱式永磁同步发电机并网
变速恒频永磁同步发电机并网原理图如图 2 所示。
图 2 变速恒频永磁同步发电机并网原理图 直驱式永磁同步发电机并网的原理为当风速改变时，发电机输出 不同频率的交流电，经过不可控整流电路将交流电变成直流电，再经 过 DC/DC 直流斩波让直流电压幅值保持压稳定。 以逆变器为核心，采 用 IGBT 作为开关器件构成全桥逆变电路， 将整流器输出的直流电逆 变成与电网侧电压相角、幅值、相位、频率相同的交流电。 逆变有时会 产生一定的电压谐波污染和冲 击 电 流 ，这 时 必 须 有 效 （下 转 第 92 页 ）
2013 年 第 7 期
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
○本刊重稿○
科技信息
风力发电并网方式的研究
张伟亮 潘敏君 韦大耸 陈富玲 （贺州学院 机械与电子工程学院，广西 贺州 542800）
【摘 要】通过分析风力发电系统并网方式的原理， 针对风力发电并网难的问题，提出利用直驱式永磁同步发电机实现风力发电并网。 直 驱式永磁同步发电机并网比传统的恒速恒频并网方式更加稳定。
从大的方向看，风力发电系统并网分为恒速恒频风力发电机并网 和变速恒频风力发电机并网。 恒速恒频并网运行方式为风力发电机的 转子转速不受风速的影响，始终保持与电网频率相同的转速运行。 虽 然其结构简单、运行可靠，但是对风能的利用率不高，机械硬度高，而 且发电机输出的频率完全取决与转速，如控制不好，并网时会发生震 荡、失步，产生很大的冲击电流。 所以恒速恒频系统已逐渐退出人们的 视线。 随着电力电子技术的日益成熟，以变速恒频并网运行方式取而 代之。 变速恒频风力发电并网系统是发电机转速随着风速的变化而变 化，系统通过电力电子变化装置，使机组输出的电能频率控制在与电 网频率一致。 变速恒频并网方式减少了机组的机械应力，充分的利用 风能源，使发电效率大大提高；并网时通过精确合理地控制电力电子 变换器，使得并网更加稳定，降低系统因冲击电流过大使电网电压降 低从而破坏电力系统稳定性。