风电并网方式专题讲座
风力发电并网讲解
从风力机的运行原理可知，变速恒频要求风力机的转速 正比于风速并保持一个恒定的最佳叶尖速比，从而使风力机 的风能利用系数Cp保持最大值不变，风力发电机组输出最大 的功率，最大限度的利用风能，提高风力机的运行效率。
风力发电系统的并网种类
1，软并网异步风力发电机组软并网控制系统的总体结构主 要由触发电路、反并联可控硅电路和异步发电机组成，软并 网控制系统结构如图
2，直接并网
直接并网过程，风速达到启动条件时风力机启动，异步 发电机被带到同步速附近（一般为98%~100%）时合闸。 由于发电机并网时本身无电压，故并网时有一个过度过程流 过5~6倍额定电流的冲剂电流，一般零点几秒后即可进入稳 态。 与大电网并联时，合闸瞬间冲击电流对发电机及大电网系 统的安全运行影响不大，对小容量的电网系统，并联瞬间会 引起电网电压大幅度下跌，而影响接在同一电网上的其他电 气设备，甚至是小电网的安全
从定桨距失速型风电机组的功率曲线图中，我们可以看到，定桨距风 力发电机组在风速达到额定值以前就开始失速，到额定点时的功率系数已 经相当小了。调整桨叶的节距角，只是改变桨叶对气流的失速点。节距角 越小，气流对桨叶的失速点越高，其最大输出功率也越高。故而定桨距风 力机在不同的空气密度下需要调整桨叶的安装角度。
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
陆地风电项目的并网操作与电网接入流程
陆地风电项目的并网操作与电网接入流程随着可再生能源的快速发展，陆地风电项目在全球范围内得到了广泛的关注和推广。
作为一种清洁、可再生的能源形式，风力发电广泛应用于能源供应和减少碳排放的需求之中。
然而，陆地风电项目的并网操作和电网接入流程是实施此类项目的关键环节。
本文将详细介绍陆地风电项目的并网操作和电网接入流程。
一、并网操作概述并网操作是指将风力发电场的电能输送到电网中的过程。
在风力发电场生成电能后，需要将电能输送到电网中，为供电系统提供清洁的电能。
并网操作涉及到各种关键步骤，包括配电网接入、电网调度控制、安全审查和维护等。
配电网接入是并网操作的第一个关键步骤。
通常情况下，风力发电场会建设一个升压站，将发电机产生的低压电能升压到适合输送到电网的高压电能。
升压站可能包括变压器和开关设备。
在将电能输送到升压站之前，风力发电场需要建设适当的输电线路和变电站。
电网调度控制是并网操作的第二个关键步骤。
电力系统的稳定运行需要进行调度控制，确保供电系统的负荷持续平衡。
风力发电场生成的电能将与其他能源来源的电能混合输送到电网中。
因此，电网调度将根据能源供应和负荷需求来优化电能的分配，以确保系统的稳定运行。
安全审查是并网操作的第三个关键步骤。
风力发电场在接入电网前，需要经过安全审查和评估。
这些审查包括对风力发电场的设计、施工和运行进行评估，以确保其符合电网安全标准和相关法律法规的要求。
安全审查还包括对电网的稳定性和可靠性的评估，以确保并网操作不会对整个电力系统造成负面影响。
维护是并网操作的最后一个关键步骤。
风力发电场在接入电网后，需要定期进行维护和保养，以确保其正常运行和发电效率。
维护工作包括设备检查、故障排除、备件更换等，旨在确保风力发电场的可持续发展。
二、电网接入流程电网接入是指将风力发电场与电网进行连接的过程。
在风力发电场建设完成后，接入电网成为必要的步骤，以实现电能的输送和供应。
电网接入的流程大致分为以下几个步骤：1. 建立接入协议：风力发电场的开发者需要与电网运营商建立接入协议。
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
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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
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。
风力发电技术讲座(六) 风电场及风力发电机并网运行
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发 电 机 并 网
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收 稿 １期 ： ２０ 一１ １ ３ ０６ ０ Ｉ
风力发电机组的并网
风力发电机组的并网当平均风速高于3m/s时，风轮开头渐渐起动；风速连续上升，当v4m/s时，机组可自起动直到某一设定转速，此时发电机将按掌握程序被自动地联入电网。
一般总是小发电机先并网；当风速连续上升到7～8m/s，发电机将被切换到大发电机运行。
假如平均风速处于8～20m/s，则直接从大发电机并网。
发电机的并网过程，是通过三相主电路上的三组晶闸管完成的。
当发电机过渡到稳定的发电状态后，与晶闸管电路平行的旁路接触器合上，机组完成并网过程，进入稳定运行状态。
为了避开产生火花，旁路接触器的开与关，都是在晶闸管关断前进行的。
(一)大小发电机的软并网程序1)发电机转速已达到预置的切人点，该点的设定应低于发电机同步转速。
2)连接在发电机与电网之间的开关元件晶闸管被触发导通(这时旁路接触器处于断开状态)，导通角随发电机转速与同步转速的接近而增大，随着导通角的增大，发电机转速的加速度减小。
3)当发电机达到同步转速时，晶闸管导通角完全打开，转速超过同步转速进入发电状态。
4)进入发电状态后，晶闸管导通角连续完全导通，但这时绝大部分的电流是通过旁路接触器输送给电网的，由于它比晶闸管电路的电阻小得多。
并网过程中，电流一般被限制在大发电机额定电流以下，如超出额定电流时间持续 3.0s，可以断定晶闸管故障，需要平安停机。
由于并网过程是在转速达到同步转速四周进行的，这时转差不大，冲击电流较小，主要是励磁涌流的存在，持续30～40ms。
因此无需依据电流反馈调整导通角。
晶闸管根据0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、180°导通角依次变化，可保证起动电流在额定电流以下。
晶闸管导通角由0°大到180°完全导通，时间一般不超过6s，否则被认为故障。
晶闸管完全导通1s后，旁路接触器吸合，发出吸合命令1s内应收到旁路反馈信号，否则旁路投入失败，正常停机。
风电讲座：迟永宁中国的风电并网研究与并网导则制订
大规模风电接入电网带来的技术问题
Technical issues caused by large scale wind power integration
风电场接入电力系统技术规定的修订
中国的风电并网研究与风电并网标准制订
Study on the grid impact of large scale wind power integration and grid code formulation in China
迟永宁 (Chi Yongning) chiyn@
风电机组
11600台
11600
Wind turbines
风电机组生产厂商： 60~70余家
Wind turbine manufacturers 60 ~ 70
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC ELECTRIC POWER POWER RESEARCH RESEARCH INSTITUTE INSTITUTE CHINA
电网情况 Power grid condition
风资源丰富的“三北地区”电网相
对薄弱，风电远离负荷中心。
Power grid is weak in 3N areas, wind power is far away from load center.
中国风资源分布图 Wind resource distribution
1000MW wind power base , 10 GW wind power base
风电机组的控制及并网11.详解
其中给定直流电压Ud*与实际检测到的直流连接环 电压Ud相比较，所得误差信号经比例积分控制器调 节产生有功参考电流iq*，而无功功率外环产生无功 电流id*。电压环外环控制直流电压稳定，可以使逆 变器稳定地向电网传输功率，而无功功率环控制逆 变器输出无功功率，从而满足电网对于无功功率的 要求。电流内环依然采用基于旋转坐标轴的解耦控 制，采用比例积分调节器作为电流环的控制器。
1、由于采用交-直-交变频系统，使发电机 组工作频率与电网频率相互独立，因此不必 担心并网时可能出现的失步问题。发电机可 以运行在不同转速下，最大限度地捕捉风能。 2、采用变频装置进行输出控制，并网时没 有电流冲击，对系统几乎没有影响。
目前在变速恒频发电领域中，直驱永磁同步 发电机组较受欢迎。永磁同步电机结构简单， 没有励磁绕组，节省了电机的用铜量，无电 刷，无滑环，消除了转子损耗，运行可靠。 直驱永磁同步发电机与风力机直接耦合，省 去了变速箱，提高可靠性，减少系统噪声， 降低了维护成本。是未来风电机组发展的一 个重要方向。
近年来，风力发电在技术上日趋成熟，商业 化应用不断提高，同时，风力发电的成本也 在不断降低，这为充分利用风能提供了诸多 有利条件。现就当前流行的几种风电系统的 控制方式和风电机组并网的相关问题做下简 单介绍
二 变速恒频风力发电系统
风力发电技术经历了从恒速恒频风电系统到变速恒 频风电系统的演变过程。早期的风电系统中大多采 用恒速恒频风电系统，恒速恒频风电系统的发电机 转速保持不变，其运行范围比较窄，因此逐步被后 来的变速恒频系统所取代。变速恒频风电系统的发 电机的转速能随风速的变换而变换，能够按照最佳 效率运行，变速恒频发电系统是当今风电系统发展 的一个趋势。
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。
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2.风力发电机的频率等于电网的频率；
3.风力发电机的相序与电网的相序相同才可并 网。
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b.恒速恒频同步发电机的运行 特点
并网过程通常可以使用计算机自动检测。对风 力发电机的调速装置要求较高，成本较贵。 并网时能使瞬态电流减至最小，从而让风力发 电机组和电网受到的电流冲击也最小。 当风力发电机组功率保持不变时，通过调节励 磁电流，不仅能向电网发出有功功率，而且能 向电网发出无功功率，有助于提高电网的供电 能力。 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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2.2.2-变速恒频直驱同步发电机组
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2.2.2-变速恒频直驱永磁风力发电 系统
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变速恒频的直驱永磁风力发电 系统并网运行特点
可以使风力发电机组在很大风速范围内按最
佳效率运行，可实现最大功率输出控制。 直驱永磁风力发电系统不需要电励磁装置， 具有重量轻、效率高、可靠性好的优点。 使风轮机与永磁同步发电机转子直接耦合， 省去齿轮箱，提高了效率，减少了发电机的 维护工作，并且降低了噪音
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双馈异步风力发电机的并网的运 可以使风力发电机组在很大风速范围内按最佳效率运 行特点 行，可实现最大功率输出控制。
发电机定子三相绕组直接与电网相联，转子绕组经交/ 交循环变流器联入电网。风力发电机接近同步转速时， 由循环变流器对电压、频率和相位进行控制，并网时 基本上无电流冲击。 风力发电机的转速可随风速及负荷的变化及时作出相 应的调整，使风力发电机组以最佳叶尖速比运行，产 生最大的电能输出。 通过对励磁电流的频率、幅值和相位的调整。可保证 风力发电机在变速运行的情况下发出恒定频率的电力， 调节励磁时不仅调节无功功率，也可以调节有功功率。
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2.1.4恒速恒频异步风力发电机及 其并网运行特点
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2.1.4恒速恒频异步风力发电机及其 并网运行特点
主要内容：
a.恒速异步风力发电机系统简介
b.恒速恒频异步发电机的运行特点 c.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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b.恒速恒频异步发电机的运行特点
异步发电机投入运行时，由于靠转差率来调整负荷， 因此对机组的调速精度要求不高，只要转速接近同 步转速就可并网。显然，风力发电机组配用异步发 电机不仅控制装置简单，而且并网后不会产生振荡 和失步，运行非常稳定。 然而，异步发电机并网也存在一些特殊问题，如直 接并网时产生的过大冲击电流造成电压大幅度下降， 对系统安全运行构成威胁。 本身不发无功功率，需要无功补偿。 所以运行时必须采取相应的有效措施才能保障风力 发电机组的安全运行。
异步发电机的并网结构
c.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
异步发电机组并网方式的特点比较
1.异步风力发电机直接并网
发电机直接与电网并联（即硬联网） 并网要求：风力机的风轮接近同步转速（即达 到99%~100%)时，即可并网。 优点：并网容易，控制简单。
风力机
双PWM 变流器
变速恒频 发电机
转子电流
电网
控制信号
控制系统
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，
2.1.2恒速恒频风力发电机的主要缺点
恒速恒频风力发电机的主要缺点有以下几点:
1)风力机转速不能随风速而变,从而降低了对 风能的利用率; 2)当风速突变时,巨大的风能变化将通过风力 机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件,在这 些部件上产生很大的机械应力; 3)并网时可能产生较大的电流冲击.
2.1.3 恒速恒频同步发电机的并 网条件及其特点
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。
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2.2.2变速恒频发电系统
和恒速机组（大部分使用异步发电机）不同,
现代变速衡频风电机组却能十分精确地控制 功率因数,甚至向电网输送无功,改善系统的功 率因数. 恒速衡频发电机主要包括： 双馈异步发电机 直驱型同步风力发电机
2.2.2变速恒频风力发电机系统
generator side breaker Converter (full rating) rectifier inverter grid side breaker
风电并网方式及其对电 力系统的影响
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风力发电系统结构示意图
第二讲、各类风力发电 机并网运行的模式及其特 点
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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什么是恒速恒频与变速恒频？
在风力发电中,当风力发电机与电网并联运行
时,要求风电频率和电网频率保持一致,即风电 频率保持恒定,因此风力发电系统分为恒速恒 频发电机系统(CSCF 系统)和变速恒频发电机 系统(VSCF 系统).
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。 其特点是： 并网前发电机带有独立负载，定子有电流， 因此在并网控制所需要的信息不仅取自于电 网侧，同时还取自于发电机定子侧。使控制 更精确，更有利于捕捉最大风能。
风力机
电阻箱
双PWM 变流器
变速恒频 发电机
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2.1恒速恒频风电机组并网运行的 模式及其特点
2.1.1简介恒速衡频风电机组
2.1.2恒速恒频风力发电机的主要缺点 2.1.3
恒速恒频同步发电机的并网条件及其特
点 2.1.4恒速恒频异步风力发电机及其并网运行 特点
2.1.1恒速衡频发电机
恒速恒频发电机系统是指在风力发电过程中保持发 电机的转速不变从而得到和电网频率一致的恒频电 能的一个发电系统。
2.准同步并网
在转速接近同步转速的时候，先用电容励磁， 建立额定电压，然后对已建立励磁的发电机 电压和频率进行调节和校正使其与系统同步。 当发电机的电压和频率相位与系统一致的时 候，将发电机投入电网运行。采用这种方式 并网需要高精度的调速器和整步、同期设备。
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。
降压并网图示
异步电 机
电抗器
电网
无 功 补 偿
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。
2.2变速恒频风电机组并网运行 的模式及其特点
变速恒频发电机系统是指在风力发电过程中
发电机的转速可以随风速变化,而通过其他的 控制方式来得到和电网频率一致的恒频电能.
2.2.1变速恒频的同步发电机系 统并网运行特点
可以使风力发电机组在很大风速范围内按最佳 效率运行，可实现最大功率输出控制； 因为采用频率交换装置进行输出控制，并网时 不会对系统造成电流冲击； 同步发电机的工作频率与电网频率是彼此独立 的，叶轮及发电机的转速可以变化，不会发生 同步发电机的失步问题； 由于频率变换装置采用静态自励式逆变器，会 产生高次谐波电流流向电网。
3.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。
4.降压并网方式
这种方式是在发电机与系统之间串接电抗器， 以减少合闸瞬间冲击电流的幅值与电压下降 的幅度。如在各相串接大功率的电阻。由于 大功率的电抗和电阻消耗功率，并网后进入 稳定运行时，应将其电抗器和电阻切除。 这种并网方式要增加大功率的电阻或电抗器组 件，投资随机组容量的增大而增大，经济性 较差。它是用于小容量风力发电机组。
直接并网的缺点
并网瞬间产生比较大的冲击电流，供电 系统将受到4~5倍的发电机额定电流 的冲击，存在三相短路现象，系统电 压瞬间严重下降（如国产的FD-32200型风力发电机在做并网实验的时 候系统电压由410V下降到230V左 右），引起低电压保护动作，并网失 败。 这种并网方式只有在大的电网中并网 时才有可能
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2.2.3变速衡频发电机的并网方式
a.空载并网方式
b.带独立负载并网方式 c.孤岛并网方式
a.空载并网
并网前发电机空载，取电网电压（频率、相位、幅 值）作为控制信息提供给控制系统，据此调节发电 机的励磁，按并网条件控制发电机定子空载电压， 变速恒频风力发电机空载并网控制的实质是根据电 网的信息来调节发电机的励磁，使发电机输出电压 符合并网的要求。