风力发电机组并网技术

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1、第42卷第11期中国电力Vol．42，No．11第210109期年11月李ELECTRI腾飞等：CPOWER风力发电机组并网技术Nov.2009新能源风力发电机组并网技术1222李腾飞，吕跃刚，刘吉宏，徐大平（1.北京华电天成电力科技有限公司，北京102206；2.华北电力大学控制科学与工程学院，北京102206）摘要：大型风力发电机组并网发电是高效、大规模利用风能最经济的方式，已成为当今世界风能利用的主要形式。对当前各种类型风力发电机组并网方案的工作过程及优缺点进行综述和分析，指出随着风电机组容量的增大，并网瞬间的冲击电流也越来越大，对电网运行稳定性的影响也越来越大，因此如何改进现

2、有的各种并网技术、减少对电网的冲击是今后迫切需要解决的问题。关键词：风力发电；并网；冲击电流；交流励磁；变速恒频中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1004-9649（2009）11-0061-05解决了这些问题，采用同步发电机的方案又引起了0引言人们的重视。值得关注的是近年来基于变速运行、变桨距调风能是取之不尽、用之不竭且无污染的自然资节、低转速、高效率、高功率因数的直驱永磁同步风源。在能源短缺和环境污染的双重压力下，世界各力发电机（DDPMG）已成为研究开发的热点之一［7］。国已越来越重视风能的利用。20世纪80年代问世该类型发电机采用永磁体励磁，消除了励磁损耗，提的并

3、网风力发电机组以其独特的能源、环保优势和高了效率，实现了发电机无刷化；并且运行时不需要规模效益，得到了长足发展［1~3］。本文对当前普遍采从电网吸收无功功率来建立磁场，可以改善电网的用的风力发电机组的并网技术及其新进展做简单功率因数；采用风力机对发电机直接驱动的方式，取介绍。消了齿轮箱，提高了风力发电机组的效率和可靠性，降低了设备的维护量，减少了噪声污染。永磁同步风1同步型风力发电机组并网力发电机与电网连接原理图如图1所示，为保证并网瞬间发电机与电网上的电压、频率及相序一致，通对于风力机驱动同步发电机而言，其并网方过控制器采集电网电压、频率及相序等参数，然后与式有准同步和自同步2种方

4、式［4］。前者在实际并网操作时，由于电压、频率和相位会有一些偏差，会产生一些冲击电流；后者的优点是不需要复杂的并网装置，操作简单、并网迅速，不存在非同步合闸的可能性，缺点是合闸后有冲击电流，电网电压会出现短时间下降。国家电网公司已于2006年9月发布了《风电场接入电网技术规定（国家电网发展［2006］779号）》文件，对风电场和电网的协调运行作出了明确的技术规定。由于风速的随机性，同步发电机直接移植到风力发电机组上使用不是很理想，并网时其调速性能很难达到所要求的精度。并网后若不进行有效控制，常会发生无功振荡与失步问题，在重载情况下尤为图1永磁同步风力发电机与电网连接原理严重［5］。但

5、近年来随着电力电子技术的发展，通过在Fig.1Theprincipleofconnectionbetweenpermanent同步发电机与电网之间采用变频装置［6］，从技术上magnetsynchronouswindpowergeneratorandgrid收稿日期：2009-05-04基金项目：国家自然科学基金资助项目（50677021）；教育部重点项目基金资助项目（105049）作者简介：李腾飞（1972—），男，北京人，高级工程师，从事风电场工程规划设计咨询工作。E-mail:litengfei001@126.com61新能源中国电力第42卷逆变器输出电压等参数比较，当达到并网

6、条件时进倍，会引起电力系统电压的瞬时下降，因此这种并网行并网［8］。此种并网方式在并网瞬间不会产生冲击方式只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下。电流，不会引起电网电压的下降，也不会对发电机定2.2准同期并网方式子绕组及其他机械部件造成损坏［9］。与同步发电机准同步并网方式相同，在转速接近同步转速时，先用电容励磁建立额定电压，然后对2异步型风力发电机组并网励磁建立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、频率及相位与系统异步风力发电机投入运行时，靠转差率来调整一致时，将发电机投入电网运行，如图3所示。该并负荷，其输出功率与转速近乎呈线性关系，对机组的网方式合闸瞬

7、间尽管冲击电流很小，但必须控制在调速精度要求不高，不需要同步设备和整步操作，只最大允许的转矩范围内运行，以免造成网上飞车。要转速接近同步转速时就可并网，因此国内外并网型风力发电机组多采用异步发电机。然而，异步风力发电机在并网瞬间会出现较大的冲击电流（约为额定电流的4~7倍），并使电网电压瞬时下降，过大的冲击电流可能使发电机与电网连接的主回路中的自动开关断开，电网电压的较大幅度下降会使低压保护动作，从而导致无法并网；另外，异步发电机本身不发无功，需要无功补偿