风电并网技术解决方案

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1、风电并网技术解决方案篇一：浅谈风电并网技术及控制策略浅谈风电并网技术及控制策略0引言风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源中技 术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式 之一。随着电力电子技术发展和成本降低，其在控制方面和 电网接入方面为风力发电的性能改善提供了一个新的解决 方案。电力电子技术可以实现扇片的调速，从而可得到更多 的风能，同时电力电子装置可以为风电并网系统中所出现的 无功、谐波等电能质量问题提供解决方案。现将分别对定速 和变速风力发电机，针对不同拓扑结构的工作原理进行比较 与分析，并针对不同类型的风电系统的电能质量问题进行分 析。1恒速恒频风电系统恒速恒频发电机

2、系统采用的是普通异步发电机，这种风 电机组的发电机正常工作在超同步状态，转差率为负值，并 且其变化范围较小，所以被称为恒速恒频风力发电机组。恒 速恒频风力发电机组原理图如图1所示。目前，国内应用的恒速恒频发电机组，电力电子装置较 少，其中也有些机组的转子回路接入电阻，用电力电子器件 控制转子电流的大小来调节转速。这种风电机组的主要缺点 是：当风速迅速增大时，风能将通过桨叶传输给主轴、齿轮 箱和发电机等部件，产生很大的机械应力，引起这些部件的 疲劳损坏；同时在正常工作时这类风电机组无法对电压稳定 进行控制，不能和同步发电机一样提供电压支撑能力，因此， 当电网故障时会影响系统电压的恢复和系统稳定。

3、这也是普 通异步发电机的风电机组的主要缺陷。其次，因为恒速恒频 风力发电系统发出的电能是随风速波动的，若风速急剧变 化，可能会引起风电机组发出的电能质量有问题，如电压闪 变、无功波动等。通常在这类风电系统中采用静止无功补偿 器SVC或TSC来进行动态无功补偿，并通过软启动方法抑 制启动时的发电机电流。2变速恒频风电系统随着电机变频调速技术的不断发展，采用双馈异步发电 机和永磁多极同步电机的变速恒频风力发电系统得到了更 加广泛的研究与应用。变速恒频风力发电系统有下列优点：a.根据风速的变化，风力机以不同的转速旋转，减少了对 风力机等机械装置的机械应力；b. 通过对最佳转速的跟踪，风力发电机组在可

4、发电风 速范围内均可获得最佳功率输出;c. 风力机能够对变化的风速起到一定的缓冲，使输出 功率的波动变化减小；d.通过对风电机组有功和无功输出 功率进行解耦控制，并采用一定的控制策略，可以分别单独 控制风电机组有功、无功的输出，具备电压的控制能力。因此，变速恒频风力发电系统对电网的稳定安全运行很 有利。当前的变速恒频风力发电系统中较多的是采用双馈异 步发电机的风电机组，该类机组在国外的应用已经很普及， 国内新建的风场也大都采用这种机型。另外，采用永磁多极 同步发电机的风电机组技术已比较成熟。采用双馈异步发电 机系统的风电机组原理图如图2所示。在双馈风力发电机组 的控制方面，电力电子装置起到了关

5、键作用。当风速变化引 起发电机转速n变化时，通过变频器调整转子电流的频率fr， 可使定子频率fs恒定，即应满足：fs= pfm+ fr。其中，fs 为定子电流频率，与电网频率相同；fm为转子机械频率；p为电机的极对数；fr为转子电流频率。有下述3种情 况：a. n n1时，此时发电机处于超同步状态，由定子和转 子共同向电网提供电能；c.当n=n1时，发电机处于同步状态，此时发电机等效 为同步电机运行，变频器向转子提供直流励磁。双馈电机通 过变频器调节转子的励磁电流实现变速恒频控制，此时转子 电路的功率只是由交流励磁发电机的转速运行范围决定转 差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分，所以对

6、 变频器的容量要求、控制难度及成本大幅度降低。并且采用 变频器调节交流励磁的双馈发电机的控制方案除了可实现 变速恒频控制，还可以对有功、无功功率实现单独解耦控制， 对电网而言可起到补偿无功和稳定电压的作用。双馈风力发 电机组的有功与无功控制如图3所示。双馈风力发电机组有如下优点：a. 转子侧仅传递转差能量，变频器容量要求大幅降低， 且发电机可在50 %的同步转速时正常工作；b. 双馈电机中变频器的谐波含量较少，减少了相应的 滤波器容量，降低了成本；c. 可以通过调节双馈发电机发出和吸收的无功功率， 实现无功调节和电压控制。3永磁多极同步发电机的风电系统在永磁多极同步风力发电机组中，在发电机和电

7、网之间 安装有电力电子变流器，可实现对有功和无功的解耦控制， 且当风速发生变化时也可以保证所发电能的电能质量。永磁 多极同步发电机的风电系统结构如图4所示。该系统的工作原理如下：首先，采用永磁多极同步发电 机发出频率变化的交流电，然后通过整流装置将该频率变化 的交流电整流成为直流电，最后再通过逆变器将直流电变换 为工频的交流电送入电网。这种系统在并网时没有电流冲 击，可以对发电机的无功功率进行调节。但是，所有的电能 都要通过变流器送入电网，因此变流器容量和风力发电系统 的容量相同，电力电子变流器设备成本较高，并且有高频电 流谐波注入电网。与传统的风力发电机相比，永磁多极同步 风力发电机组可以更

8、多地捕获风能和提高风电机组发出电 力的电能质量，虽然成本较大，但对系统的稳定运行有利。 永磁多极同步发电机的转子为永磁式结构，无需外部提供励 磁电源。其变速恒频控制是在定子电路实现的。把永磁发电 机的交流电通过变流器转变为与电网同频率的交流电，因此变流器的容量与系统的额定容量相同。采用永磁发电机可做到风力机与发电机的直接耦 合，省去了齿轮箱，即为直接驱动式结构，可大幅减少系统 运行时由于齿轮箱等机械装置导致的故障，从而提高整个风 电机组的可靠性。4风电系统的软并网装置和无功补偿设备在直接与电网相连的风电系统中常用鼠笼型异步发电 机，如果直接并网会使得并网电流较大，因此常采用电力电 子软并网装置

9、进行软并网。异步发电机通过品闸管平稳并 网，可以将并网电流限制在额定电流的倍以下，从而得到一 个较为平滑的并网暂态过程，有效避免了保护装置的误动 作，实现风力发电机的顺利并网。由于异步发电机的功率因 数一般较低，为了提高功率因数，通常在异步发电机出口处 接有无功补偿设备。常用的无功补偿设备有并联电容器补偿 装置、静止无功补偿器、静止无功发生器等。并联电容器补 偿装置采用接触器或电力电子开关在风电运行中按照一定 的顺序进行分组投入或切出，能够将补偿前较低的功率因数 提高到约。由于并联电容器补偿装置成本低，因此在无功补 偿方面应用广泛，但因其调节不连续、响应速度慢，很难对 风机无功功率实现快速补偿

10、。静止无功补偿器由多台（组） 可投切电容器、快速可调整容量的电抗器以及各次谐波滤波 装置组成，装置的响应速度快，能迅速跟踪变化的无功，可 较大幅度调节由风速变化引起的电压变化，滤除谐波，从而 提高电能质量。静止无功发生器是采用特定的检测方法获得 需补偿的无功电流后再通过电力电子变流器产生该部分无 功电流，以实现无功的迅速补偿。静止无功发生器可以实现 对谐波与无功的综合补偿与抑制，补偿范围较大，目前得到 了较为广泛的关注。5风电并网技术的发展前景通过采用电力电子技术，风电机组的运行特性大为改 善；通过有功、无功控制，风电机组可以对系统的频率和电 压控制起到一定作用；而大规模风电场的并网运行，也将

11、会 逐渐降低风力发电的成本，使风力发电更为普及。因此，现 今的电力电子技术对于风电机组的控制、电能的转换以及电 能质量的改善都能起到关键作用，具体应考虑以下几个方面:a. 为增加风能的利用效率和减小电力电子变换器的能 耗，要选择适合的电力电子变换器来匹配变速风力发电机系 统；b. 增加无功动态补偿装置SVC或TSC有利于电网和风 力发电机的故障恢复；c.每个系统结构都有自己的特征和 适宜性，针对于不同的海上风场要具体考虑，选择最适合的 系统结构，大容量海上风电场将广泛应用电力电子装置。6 结语风力发电技术的发展，使得风力发电的成本进一步降 低，其在电力市场中所占份额得以提高，具备了和常规能源

12、竞争的能力，加快了世界能源结构的优化。然而，如何更加有效地利用风能、提高风力发电系统的 效率、减小并网冲击和电力谐波、提高功率因数也给风力发 电系统的控制技术提出了更高的要求，是目前风力发电系统 研究的重要课题之一，而电力电子技术及现代控制技术的发 展为解决这一课题提供了较好的技术方案。篇二：风电信息化解决方案风电信息化解决方案1风电行业的特点风能资源丰富我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源丰富。根据第三次 风能资源普查结果，我国技术可开发（风能功率密度在150 瓦/平方米以上）的陆地面积约为20万平方千米。考虑风电 场中风电机组的实际布置能力，按照低限3兆瓦/平方千米、 高限5兆瓦/平方千米计算

13、，陆上技术可开发量为6亿10 亿千瓦。20XX年我国颁布了全国海洋功能区划，对港口 航运、渔业开发、旅游以及工程用海区等作了详细规划。如 果避开上述这些区域，考虑其总量10%20%的海面可以利 用，风电机组的实际布置按照5兆瓦/平方千米计算，则近 海风电装机容量为1亿2亿千瓦。综合来看，我国可开发 的风能潜力巨大，陆上加海上的总量有7亿12亿千瓦，风 电具有成为未来能源结构中重要组成部分的资源基础。风资源具有相对集中分布的特点中国的风电资源分布不平衡，主要的资源分布在北部和 沿海地区，各省市之间资源也不平衡，风能分布比较丰富的 省、市、自治区主要有内蒙古、新疆、河北、吉林、辽宁、 黑龙江、山东

14、、江苏、福建和广东等，有望超过1000万千 瓦的省区主要有内蒙古、河北、吉林、甘肃、江苏和广东等。 20XX年将会形成1020个百万千瓦的风电基地；2020年将会形成56个千万千瓦的超大型风电基 地。内蒙古：10米高度风功率密度大于150瓦/平方米的面 积约万平方千米，技术可开发量约亿千瓦。风能资源丰富的地区主要分布在东起呼伦贝尔西到巴彦淖 尔广袤的草原和台地上。吉林省：10米高度风功率密度大于150瓦/平方米的面 积约511平方千米，技术可开发量上千万千瓦。风能资源丰富的地区主要分布在西部的白城、通榆、长岭和双辽 等地。河北省：10米高度风功率密度大于150瓦/平方米的面 积约7378平方千

15、米，技术可开发量约4000多万千瓦。风能 资源丰富的地区主要分布在河北省北部的张家口市坝上地 区和承德市的围场县和丰宁县，沿海岸线的黄骅港附近风能资源也较为丰富。甘肃省：甘肃地处河西走廊，10米高度风功率密度大于 150瓦/平方米的面积约3万平方千米，技术可开发量上亿千 瓦。风能资源丰富的地区主要分布在安西、酒泉等与新疆和 内蒙古接壤的具有加大风速地形条件的地域。新疆：10米 高度风功率密度大于150瓦/平方米的面积约8万平方千米， 技术可开发量上亿千瓦。风能资源丰富的地区主要分布在达坂城、小草湖和阿拉山口等具有加 大风速地形条件的地域。江苏省：全省风能资源分布自沿海向内陆递减，沿海及 太湖地

16、区风能资源较为丰富，尤其是沿海岸地区。风电处于黄金发展阶段近年来，特别是可再生能源法实施以来，中国的风 电产业和风电市场发展十分迅速。“十五”期间，中国的并 网风电得到迅速发展。20XX年，中国风电累计装机容量已经 达到260万千瓦，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发 电的主要市场之一。20XX年以来，中国风电产业规模延续暴 发式增长态势。20XX年中国新增风电装机容量达到万千瓦， 新增装机容量增长率达到，累计装机容量跃过1300万千瓦 大关，达到万千瓦。20XX年风电行业仍将保持高速增长。中 国风电20XX年很有可能达到2500万千瓦；国家制定的2020 年风电装机3000万千瓦的目标，有可能在20XX年实现。现处于“跑马圈地”阶段现阶段风电行业，大量的风电业主当下的经营重心并未 放在经营风电场上，而是到处跑马圈地，见到哪里风资