風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)組成及其應(yīng)用（鳳山書屋）

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)組成應(yīng)用1陽(yáng)山書屋國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概述風(fēng)力發(fā)電的基本原理風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙饋型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直驅(qū)型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)電功率預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)技術(shù)風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越能力LVRT儲(chǔ)能裝置的應(yīng)用提 綱2陽(yáng)山書屋國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概述3陽(yáng)山書屋我國(guó)風(fēng)能資源分布中國(guó)陸地上10m高度層上可開發(fā)的風(fēng)能儲(chǔ)量為2.52億千瓦近海可開發(fā)風(fēng)能資源是陸地的3倍多4陽(yáng)山書屋5陽(yáng)山書屋從1996年到2009年，世界累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量的增長(zhǎng)率超過20%，平均28%；2007年，世界累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量94112MW，增長(zhǎng)26.8%；2007年，世界新增風(fēng)電裝機(jī)容量20073MW，增長(zhǎng)3

2、2.1%；到2007年，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量6050MW，超過丹麥，成為世界第5；到2008年，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)12170MW，居世界第4；風(fēng)電的快速發(fā)展6陽(yáng)山書屋2006年1月：可再生能源法2007年9月：可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃2009年： 新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃有力的政策支持7陽(yáng)山書屋到2011年： 風(fēng)電裝機(jī)3500萬(wàn)千瓦 其中陸地3000萬(wàn)千瓦，海上500萬(wàn)千瓦 新能源在能源結(jié)構(gòu)中比例達(dá)2%（含水電10%） 新能源發(fā)電占總裝機(jī)比例5%（含水電25%） 新能源產(chǎn)業(yè)增加直接投資9700億 帶動(dòng)社會(huì)間接投資2萬(wàn)億到2020年： 風(fēng)電裝機(jī)1.5億千瓦 其中陸地1.2億千瓦，海上3000萬(wàn)千瓦 建設(shè)六個(gè)陸上

3、千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地及其外送聯(lián)網(wǎng)工程 新能源在能源結(jié)構(gòu)中比例達(dá)9%（含水電20%） 新能源發(fā)電裝機(jī)占總裝機(jī)比例達(dá)15%（含水電35%） 新能源產(chǎn)業(yè)增加直接投資45000億 帶動(dòng)社會(huì)間接投資9萬(wàn)億新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃8陽(yáng)山書屋風(fēng)電總裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，風(fēng)電比重不斷加大；單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量不斷增加，已有多個(gè)10萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)投運(yùn)，正建千萬(wàn)千瓦級(jí)大型風(fēng)電基地；風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)由低到高(110kV)；風(fēng)電機(jī)組的種類不斷增多，從早期的定速風(fēng)電機(jī)組（1MW以下），到雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電和直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電（1MW以上）我國(guó)風(fēng)電發(fā)展特點(diǎn)9陽(yáng)山書屋世界風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)風(fēng)電單機(jī)容量穩(wěn)步上升：以德國(guó)為例，03年平均單

4、機(jī)容量超過1.5MW，葉片直徑大于64m的風(fēng)機(jī)占77%；變漿調(diào)節(jié)方式迅速取代失速調(diào)節(jié)方式：德國(guó)03年裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組，超過91%采用了變漿調(diào)節(jié)方式；變速恒頻方式迅速取代恒速恒頻方式：通過控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，是風(fēng)機(jī)葉尖速比接近最佳，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。德國(guó)03年裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組，超過90%的風(fēng)機(jī)采用了變速恒頻方式；無(wú)齒輪箱的直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組的市場(chǎng)份額迅速擴(kuò)大10陽(yáng)山書屋風(fēng)力發(fā)電的基本原理11陽(yáng)山書屋12陽(yáng)山書屋13陽(yáng)山書屋14陽(yáng)山書屋15陽(yáng)山書屋16陽(yáng)山書屋17陽(yáng)山書屋18陽(yáng)山書屋19陽(yáng)山書屋20陽(yáng)山書屋21陽(yáng)山書屋22陽(yáng)山書屋23陽(yáng)山書屋我上到風(fēng)機(jī)上了24陽(yáng)山書屋25陽(yáng)山書屋26陽(yáng)山書屋27陽(yáng)山書屋28

5、陽(yáng)山書屋29陽(yáng)山書屋30陽(yáng)山書屋31陽(yáng)山書屋32陽(yáng)山書屋33陽(yáng)山書屋34陽(yáng)山書屋35陽(yáng)山書屋36陽(yáng)山書屋37陽(yáng)山書屋38陽(yáng)山書屋39陽(yáng)山書屋40陽(yáng)山書屋41陽(yáng)山書屋42陽(yáng)山書屋43陽(yáng)山書屋44陽(yáng)山書屋45陽(yáng)山書屋46陽(yáng)山書屋47陽(yáng)山書屋48陽(yáng)山書屋49陽(yáng)山書屋50陽(yáng)山書屋51陽(yáng)山書屋52陽(yáng)山書屋53陽(yáng)山書屋54陽(yáng)山書屋55陽(yáng)山書屋56陽(yáng)山書屋57陽(yáng)山書屋58陽(yáng)山書屋59陽(yáng)山書屋60陽(yáng)山書屋61陽(yáng)山書屋62陽(yáng)山書屋63陽(yáng)山書屋64陽(yáng)山書屋65陽(yáng)山書屋66陽(yáng)山書屋67陽(yáng)山書屋68陽(yáng)山書屋69陽(yáng)山書屋70陽(yáng)山書屋71陽(yáng)山書屋72陽(yáng)山書屋73陽(yáng)山書屋74陽(yáng)山書屋75陽(yáng)山書屋76陽(yáng)山書屋77陽(yáng)山書屋78

6、陽(yáng)山書屋79陽(yáng)山書屋80陽(yáng)山書屋81陽(yáng)山書屋82陽(yáng)山書屋83陽(yáng)山書屋84陽(yáng)山書屋85陽(yáng)山書屋86陽(yáng)山書屋87陽(yáng)山書屋88陽(yáng)山書屋89陽(yáng)山書屋90陽(yáng)山書屋91陽(yáng)山書屋92陽(yáng)山書屋93陽(yáng)山書屋94陽(yáng)山書屋95陽(yáng)山書屋96陽(yáng)山書屋97陽(yáng)山書屋98陽(yáng)山書屋99陽(yáng)山書屋100陽(yáng)山書屋101陽(yáng)山書屋102陽(yáng)山書屋103陽(yáng)山書屋104陽(yáng)山書屋105陽(yáng)山書屋106陽(yáng)山書屋107陽(yáng)山書屋108陽(yáng)山書屋109陽(yáng)山書屋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類按風(fēng)輪槳葉分類：失速型： 高風(fēng)速時(shí)，因槳葉形狀或因葉尖處的擾流器動(dòng)作，限制風(fēng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與功率；變槳型： 高風(fēng)速時(shí)通過調(diào)整槳距角，限制輸出轉(zhuǎn)矩與功率。110陽(yáng)山書屋按風(fēng)輪轉(zhuǎn)速分類：

7、定速型： 風(fēng)輪保持一定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率較低，與恒速發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)；變速型： （1）雙速型：可在兩個(gè)設(shè)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，改善風(fēng)能轉(zhuǎn)換率，與雙速發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)； （2）連續(xù)變速型：在一段轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可捕捉最大風(fēng)能功率，與變速發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)。111陽(yáng)山書屋按傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分類：齒輪箱升速型： 用齒輪箱連接低速風(fēng)力機(jī)和高速發(fā)電機(jī)； （減小發(fā)電機(jī)體積重量，降低電氣系統(tǒng)成本）直驅(qū)型： 直接連接低速風(fēng)力機(jī)和低速發(fā)電機(jī)。 （避免齒輪箱故障）112陽(yáng)山書屋按發(fā)電機(jī)分類：異步型： （1）籠型單速異步發(fā)電機(jī)； （2）籠型雙速變極異步發(fā)電機(jī)； （3）繞線式雙饋異步發(fā)電機(jī)；同步型： （1）電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)； （2）永磁同步發(fā)電機(jī)。

8、113陽(yáng)山書屋按并網(wǎng)方式分類：并網(wǎng)型： 并入電網(wǎng)，可省卻儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。離網(wǎng)型： 一般需配蓄電池等直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，可帶交、直流負(fù)載。或與柴油發(fā)電機(jī)、光伏電池并聯(lián)運(yùn)行。114陽(yáng)山書屋風(fēng)力機(jī)風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率特性風(fēng)輪的功率風(fēng)能轉(zhuǎn)換率葉尖速比TSR:葉尖速比Tip Speed Rate :槳距角115陽(yáng)山書屋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率(定速vs變速)116陽(yáng)山書屋籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組117陽(yáng)山書屋定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組118陽(yáng)山書屋三相籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)119陽(yáng)山書屋籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)120陽(yáng)山書屋發(fā)電機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)用轉(zhuǎn)差率s可以表示異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)!nn

9、10s00nn10s101n10ns籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)121陽(yáng)山書屋（1）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁消耗無(wú)功功率，皆取自電網(wǎng)。應(yīng)選用較高功率因數(shù)發(fā)電機(jī)，并在機(jī)端并聯(lián)電容；（2）絕大部分時(shí)間處于輕載狀態(tài)，要求在中低負(fù)載區(qū)效率較高，希望發(fā)電機(jī)的效率曲線平坦；（3）風(fēng)速不穩(wěn)，易受沖擊機(jī)械應(yīng)力，希望發(fā)電機(jī)有較軟的機(jī)械特性曲線，max絕對(duì)值要大 ；（4）并網(wǎng)瞬間與電動(dòng)機(jī)起動(dòng)相似，存在很大的沖擊電流，應(yīng)在接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)并網(wǎng)，并加裝軟起動(dòng)限流裝置；籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)122陽(yáng)山書屋變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組123陽(yáng)山書屋（1）籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行于變速變頻發(fā)電狀態(tài)；（2）運(yùn)行于小轉(zhuǎn)差率范圍，發(fā)電機(jī)機(jī)械特性硬，

10、運(yùn)行效率高；（3）發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓可調(diào)，輕載運(yùn)行效率高；（4）發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)被可控的變流器隔離，系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性好；（5）變流器與發(fā)電機(jī)功率容量相等，系統(tǒng)成本高。變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)124陽(yáng)山書屋雙饋型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主電路：雙饋異步發(fā)電機(jī)+交直交雙向功率變換器125陽(yáng)山書屋國(guó)產(chǎn)1MW雙饋型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)126陽(yáng)山書屋繞線型轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機(jī)的一種；定子繞組直接接入交流電網(wǎng)；轉(zhuǎn)子繞組端接線由三只滑環(huán)引出，接至一臺(tái)雙向功率變換器；轉(zhuǎn)子繞組通入變頻交流勵(lì)磁；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)也可運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)；定子繞組端口并網(wǎng)后始終發(fā)出電功率；但轉(zhuǎn)子繞組端口電功率的流向取決于轉(zhuǎn)差率；雙饋異步發(fā)電機(jī)

11、127陽(yáng)山書屋國(guó)產(chǎn)600kW交直交雙向功率變換器（IGBT+DSP）128陽(yáng)山書屋兩套PWM控制型三相開關(guān)橋“背靠背”，中間存在電容支撐的直流母線；在任一時(shí)刻，一套三相橋處于脈沖整流狀態(tài)；而另一套處于逆變狀態(tài)；發(fā)電機(jī)側(cè)三相開關(guān)橋采用定子磁場(chǎng)定向矢量控制和空間電壓矢量PWM控制方法；電網(wǎng)側(cè)三相開關(guān)橋采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制和空間電壓矢量PWM控制方法；可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出的有功和無(wú)功功率解耦控制。交直交雙向功率變換器129陽(yáng)山書屋引入轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁變流器，控制轉(zhuǎn)子電流；轉(zhuǎn)子電流的頻率為轉(zhuǎn)差頻率，跟隨轉(zhuǎn)速變化；通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的相位，控制轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)領(lǐng)先于由電網(wǎng)電壓決定的定子磁場(chǎng)，從而在轉(zhuǎn)速高于和低于同步轉(zhuǎn)

12、速時(shí)都能保持發(fā)電狀態(tài)；通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值，可控制發(fā)電機(jī)定子輸出的無(wú)功功率；轉(zhuǎn)子繞組參與有功和無(wú)功功率變換，為轉(zhuǎn)差功率，容量與轉(zhuǎn)差率有關(guān)（約為全功率的S倍）。雙饋型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原理130陽(yáng)山書屋雙饋型異步發(fā)電機(jī)組的效率131陽(yáng)山書屋（1）連續(xù)變速運(yùn)行，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高；（2）部分功率變換，變流器成本相對(duì)較低；（3）電能質(zhì)量好（輸出功率平滑，功率因數(shù)高）；（4）并網(wǎng)簡(jiǎn)單，無(wú)沖擊電流；（5）降低槳距控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求；（6）改善作用于風(fēng)輪槳葉上機(jī)械應(yīng)力狀況 ；（7）雙向變流器結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜；（8）電刷與滑環(huán)間存在機(jī)械磨損。雙饋型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)132陽(yáng)山書屋直驅(qū)型同步發(fā)電機(jī)組電勵(lì)磁直驅(qū)

13、同步發(fā)電機(jī)組永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組混合勵(lì)磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組133陽(yáng)山書屋同步發(fā)電機(jī)用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，即可直接向交流負(fù)載供電，也可經(jīng)整流器變換為直流電，向直流負(fù)載供電。因此，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)已成為中小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的首選機(jī)型。近年來(lái)，在大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品中，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)也已暫露頭角，有望成為未來(lái)的主力機(jī)型。采用同步發(fā)電機(jī)的必要性134陽(yáng)山書屋由齒輪箱引起的風(fēng)電機(jī)組故障率高；齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)工作量大，易漏油污染；系統(tǒng)的噪聲大，效率低，壽命短。去除齒輪箱，直接驅(qū)動(dòng)的理由：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大，體積重量明顯增大；全功率整流逆變，變流器成本高。直驅(qū)帶來(lái)的問題：135陽(yáng)山書屋直驅(qū)型同步發(fā)電機(jī)組136陽(yáng)

14、山書屋直驅(qū)型同步發(fā)電機(jī)組定子鐵心 定子繞組 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子137陽(yáng)山書屋電勵(lì)磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組138陽(yáng)山書屋通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，可保持發(fā)電機(jī)的端電壓恒定；定子繞組輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化；可采用不控整流和PWM逆變，成本較低；轉(zhuǎn)子可采用無(wú)刷旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勵(lì)磁消耗電功率；體積大、重量重，效率稍低。電勵(lì)磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)139陽(yáng)山書屋永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組的功率變換電路140陽(yáng)山書屋永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)永磁發(fā)電機(jī)具有最高的運(yùn)行效率；永磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁不可調(diào)，導(dǎo)致其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC變換，可維持直流母線電壓基本恒定，同時(shí)可控制發(fā)電機(jī)

15、電磁轉(zhuǎn)矩以調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；在電網(wǎng)側(cè)采用PWM逆變器輸出恒定頻率和電壓的三相交流電，對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性好；永磁發(fā)電機(jī)和全容量全控變流器成本高；永磁發(fā)電機(jī)存在定位轉(zhuǎn)矩，給機(jī)組起動(dòng)造成困難。141陽(yáng)山書屋混合勵(lì)磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組142陽(yáng)山書屋混合勵(lì)磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)利用轉(zhuǎn)子的凸極磁阻效應(yīng)，增強(qiáng)永磁發(fā)電機(jī)的調(diào)磁能力；采用部分功率容量的SVG逆變器向發(fā)電機(jī)機(jī)端注入無(wú)功電流，以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓；無(wú)需全功率容量的脈沖整流或DC-DC變換器，可明顯節(jié)省變流器的容量；SVG逆變器可兼有有源濾波的功能，能夠改善發(fā)電機(jī)中的電流波形，降低發(fā)電機(jī)的諧波損耗和溫升。143陽(yáng)山書屋（1）籠型異步發(fā)電機(jī)成本低、可靠性高

16、，在定速和變速全功率變換風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中將繼續(xù)扮演重要角色；（2）雙饋異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)具有最高的性價(jià)比，特別適合于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電。將在未來(lái)數(shù)年內(nèi)繼續(xù)稱為風(fēng)電市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品；（3）直驅(qū)型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其變流技術(shù)發(fā)展迅速，利用新技術(shù)有望大幅度減小低速發(fā)電機(jī)的體積和重量。小結(jié)：144陽(yáng)山書屋市場(chǎng)上2MW以上大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組145陽(yáng)山書屋風(fēng)電功率預(yù)測(cè)必要性：風(fēng)電裝機(jī)容量增大，對(duì)電力系統(tǒng)的影響越來(lái)越大風(fēng)力發(fā)電具有間歇性和不確定性為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須增加旋轉(zhuǎn)備用容量，間接地增加了風(fēng)力發(fā)電的整體運(yùn)營(yíng)成本通過對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率進(jìn)行準(zhǔn)確的短期和中期預(yù)測(cè)，可以大幅降低系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量，有效降低風(fēng)力發(fā)電

17、的整體運(yùn)營(yíng)成本，為電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度提供依據(jù)，成為風(fēng)電接入電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一146陽(yáng)山書屋風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測(cè)的方法147陽(yáng)山書屋物理方法：先預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)輪轂高度處的氣象信息如風(fēng)速和風(fēng)向，再利用風(fēng)機(jī)的功率曲線得到風(fēng)機(jī)的實(shí)際輸出功率；需要利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)NWP的信息；統(tǒng)計(jì)方法：實(shí)質(zhì)是在系統(tǒng)的輸入（NWP/歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)/實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)）和風(fēng)機(jī)功率之間建立一種線性映射關(guān)系。常用的有時(shí)間序列法ARMA、卡爾曼濾波、灰色預(yù)測(cè)法等；學(xué)習(xí)方法：利用人工智能的方法建立輸入和輸出之間的非線性模型，如人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)ANN、小波分析法、支持向量機(jī)法等。發(fā)展趨勢(shì)：NWP的利用和多種預(yù)測(cè)方法的綜合 由ARMA的平穩(wěn)性和可逆性分析確定AN

18、N的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 由ANN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)次日風(fēng)電功率的滾動(dòng)預(yù)測(cè)148陽(yáng)山書屋國(guó)內(nèi)外風(fēng)電功率預(yù)測(cè)現(xiàn)狀德國(guó)：WPMS：ISET（德國(guó)太陽(yáng)能研究所）開發(fā)，2001， 應(yīng)用于四家電網(wǎng)公司Previento：德國(guó)奧爾登堡大學(xué)開發(fā)，2002丹麥：Prediktor：Riso開發(fā)，1994年開始運(yùn)行WPPT：丹麥技術(shù)大學(xué)開發(fā)，1994Zephy：丹麥技術(shù)大學(xué)開發(fā)，2003149陽(yáng)山書屋國(guó)內(nèi)外風(fēng)電功率預(yù)測(cè)現(xiàn)狀西班牙：LocalPred-RegioPred：西班牙可再生能源中心，2001SIPREoLICO：西班牙卡洛斯III大學(xué)開發(fā)，2002美國(guó)：eWind：AWS Truewind開發(fā)，1998中科院：采用NWP和A

19、NN，預(yù)測(cè)精度15%，應(yīng)用于吉林電網(wǎng)150陽(yáng)山書屋風(fēng)電功率預(yù)測(cè)原理151陽(yáng)山書屋風(fēng)電功率預(yù)測(cè)原理訓(xùn)練數(shù)據(jù)：數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出：次日風(fēng)電場(chǎng)的功率（15min為一個(gè)時(shí)段）152陽(yáng)山書屋風(fēng)電功率預(yù)測(cè)原理153陽(yáng)山書屋風(fēng)電功率預(yù)測(cè)原理一周的功率預(yù)測(cè)結(jié)果：預(yù)測(cè)精度15%154陽(yáng)山書屋風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的效益分析以吉林電網(wǎng)為例，最大電力5872MW，峰谷差2060MW；沒有風(fēng)電，旋轉(zhuǎn)備用300MW，平均發(fā)電負(fù)荷率77.8%接入風(fēng)電，沒有風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，平均發(fā)電負(fù)荷率降為73.9%；有風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，精度按20%計(jì)算，只需新增旋轉(zhuǎn)備用65MW，平均發(fā)電負(fù)荷率76.9%；按發(fā)電負(fù)荷率每增加1%，煤耗降低1g

20、/kWh計(jì)算，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤12.6萬(wàn)噸，經(jīng)濟(jì)效益1.27億元，效益顯著；風(fēng)電功率預(yù)測(cè)還能顯著提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，提高大型風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的能力；155陽(yáng)山書屋風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)技術(shù)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)帶來(lái)的問題：風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程對(duì)電網(wǎng)的沖擊：直接并網(wǎng)時(shí)，56倍額定電流的沖擊電流，與并網(wǎng)時(shí)的滑差有關(guān)，造成電網(wǎng)電壓大幅下降。對(duì)電能質(zhì)量的影響：風(fēng)力發(fā)電機(jī)在輸出有功功率的同時(shí)，從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，造成電壓下降；風(fēng)電功率的波動(dòng)和頻繁啟停，造成電壓波動(dòng)、電壓閃變和電壓周期性脈動(dòng)，威脅電壓穩(wěn)定性；對(duì)保護(hù)裝置的影響：潮流的雙向性和有限的短路電流對(duì)保護(hù)裝置帶來(lái)影響；對(duì)電網(wǎng)頻率的影響：風(fēng)電功率的波動(dòng)引起系統(tǒng)頻率變化，其大小取

21、決于風(fēng)電場(chǎng)容量與系統(tǒng)總?cè)萘康谋戎兀L(fēng)電穿越功率極限）；對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行成本的影響：由于風(fēng)電的間歇性和不確定性，增加了系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量，客觀上在減少了系統(tǒng)的燃料成本的同時(shí)，也增加了電力系統(tǒng)的可靠性成本。156陽(yáng)山書屋風(fēng)電穿越功率極限：指系統(tǒng)中風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量占系統(tǒng)總裝機(jī)容量的比例，它表征了一個(gè)給定規(guī)模的電網(wǎng)最大可以承受的風(fēng)電功率。風(fēng)電場(chǎng)短路容量比：定義為風(fēng)電場(chǎng)的額定容量與該風(fēng)電場(chǎng)與電力系統(tǒng)的連接點(diǎn)PCC（Point of Common Coupling）的短路容量之比。風(fēng)電場(chǎng)短路容量比越小，表明電力系統(tǒng)承受風(fēng)電擾動(dòng)的能力越強(qiáng)。歐洲經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為3.55%，日本為10%。衡量風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)影響的兩個(gè)指標(biāo)1

22、57陽(yáng)山書屋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)方式分類及特點(diǎn)直接并網(wǎng)方式：控制簡(jiǎn)單，并網(wǎng)時(shí)存在較大沖擊電流，電網(wǎng)電壓下降；適用于電網(wǎng)容量大，風(fēng)機(jī)容量較小場(chǎng)合；準(zhǔn)同期并網(wǎng)：機(jī)組造價(jià)高，并網(wǎng)時(shí)間長(zhǎng)，沖擊電流小；適用于電網(wǎng)容量比風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量大不了幾倍的場(chǎng)合；降壓并網(wǎng)：降低沖擊電流幅值，減輕了電網(wǎng)電壓下降幅度，系統(tǒng)成本高；適用于大中型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)；捕捉式準(zhǔn)同步快速并網(wǎng)：幾乎無(wú)沖擊電流，對(duì)機(jī)組的調(diào)速精度要求不高；適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的準(zhǔn)同步并網(wǎng)操作；軟并網(wǎng)（Soft Cut-in）：并網(wǎng)過渡過程平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)沖擊電流，控制電路略復(fù)雜；風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍采用；158陽(yáng)山書屋軟并網(wǎng)過程（異步發(fā)電機(jī)）異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升

23、，接近同步轉(zhuǎn)速(92-99%)時(shí)，并網(wǎng)接觸器動(dòng)作；發(fā)電機(jī)經(jīng)一組雙向晶閘管與電網(wǎng)相連，控制晶閘管的導(dǎo)通角打開的速率，使并網(wǎng)過程中沖擊電流不大于技術(shù)條件的規(guī)定值（額定電流的1.5倍）；并網(wǎng)的暫態(tài)過程結(jié)束，旁路斷路器閉合，將晶閘管短接；159陽(yáng)山書屋變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)常用的三種方式空載并網(wǎng)；獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)；孤島并網(wǎng)；160陽(yáng)山書屋空載并網(wǎng)方式并網(wǎng)前，DFIG定子空載；調(diào)節(jié)定子的空載電壓，是它的幅值、頻率和相位與電網(wǎng)電壓完全一致；并網(wǎng)過程中，定子沖擊電流很?。徊⒕W(wǎng)后，系統(tǒng)切換到調(diào)速控制；161陽(yáng)山書屋孤立負(fù)荷并網(wǎng)方式并網(wǎng)前，DFIG帶負(fù)荷運(yùn)行；根據(jù)電網(wǎng)信息、定子的電壓電流的信息，控制DFIG的

24、端電壓，當(dāng)滿足并網(wǎng)條件時(shí)實(shí)施并網(wǎng)；特點(diǎn)：并網(wǎng)前定子有電流，需根據(jù)電網(wǎng)和定子兩側(cè)的信息進(jìn)行控制，較復(fù)雜；162陽(yáng)山書屋孤島并網(wǎng)方式（1）勵(lì)磁階段：當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到一定要求后，K1閉合，直流充電器給交直交變換器的直流側(cè)充電；電機(jī)側(cè)變流器供給轉(zhuǎn)子電流，直到定子電壓上升至額定值，勵(lì)磁階段結(jié)束；163陽(yáng)山書屋孤島并網(wǎng)方式（2）孤島運(yùn)行階段：先斷開K1，后啟動(dòng)網(wǎng)側(cè)變流器，使之開始升壓運(yùn)行；將直流側(cè)升壓到需要的值；此時(shí)，能量在兩個(gè)變流器和雙饋電機(jī)之間流動(dòng)，孤島運(yùn)行；164陽(yáng)山書屋孤島并網(wǎng)方式（3）并網(wǎng)階段：由于孤島運(yùn)行階段定子側(cè)電壓的幅值、頻率和相位都與電網(wǎng)電壓相同，此時(shí)閉合K2，電機(jī)與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊并網(wǎng)；165

25、陽(yáng)山書屋三種并網(wǎng)方式的比較空載并網(wǎng)方式：在并網(wǎng)前是由原動(dòng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，要求具有足夠的調(diào)速能力；獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式：發(fā)電機(jī)具有一定的能量調(diào)節(jié)作用，可與原動(dòng)機(jī)配合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，降低了對(duì)原動(dòng)機(jī)調(diào)速能力的要求，但控制復(fù)雜；孤島并網(wǎng)方式：有創(chuàng)意，分三個(gè)階段運(yùn)行，可在任何轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)柔性并網(wǎng)；166陽(yáng)山書屋風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越能力（LVRT）隨著風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量越來(lái)越大，它們對(duì)電力系統(tǒng)的影響也越來(lái)越大；為維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)公司對(duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)提出了更高的要求。如：低電壓穿越能力 （Low-Voltage Ride Though, LVRT）無(wú)功控制能力輸出功率控制能力等其中，LVRT被認(rèn)為是風(fēng)電機(jī)

26、組設(shè)計(jì)制造技術(shù)的最大挑戰(zhàn)。LVRT要求越高，造價(jià)越高。167陽(yáng)山書屋風(fēng)電機(jī)組的LVRT能力： 指當(dāng)外部系統(tǒng)發(fā)生故障，風(fēng)電機(jī)組的端電壓降低到一定值的情況下不脫離電網(wǎng)而繼續(xù)維持運(yùn)行，甚至還為系統(tǒng)提供一定的無(wú)功功率，幫助系統(tǒng)恢復(fù)電壓的能力。168陽(yáng)山書屋德國(guó)E.ON公司對(duì)風(fēng)電機(jī)組LVRT能力的要求陰影部分表示風(fēng)電機(jī)組不但不脫離系統(tǒng)，而且還向系統(tǒng)提供一定的無(wú)功支持；當(dāng)端電壓跌倒額定電壓的15%時(shí)要求風(fēng)電機(jī)組能夠維持運(yùn)行625ms；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組端電壓在其額定電壓的90%及以上時(shí)，要求風(fēng)電機(jī)組能夠持續(xù)運(yùn)行；169陽(yáng)山書屋不同類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以采用不同的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)LVRT功能；對(duì)普通定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，可以采用靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC，通過無(wú)功補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)LVRT功能；對(duì)直驅(qū)同步風(fēng)電機(jī)組，可以通過改變轉(zhuǎn)子回路勵(lì)磁方式實(shí)現(xiàn)LVRT功能；雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由于有功和無(wú)功功率可以實(shí)現(xiàn)解耦控制，因此可以通過機(jī)組本身實(shí)現(xiàn)LVRT功能；170陽(yáng)山書屋雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)分為電機(jī)控制系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)；雙饋電機(jī)運(yùn)行于次同步轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子吸收有功功率，運(yùn)行于超同步轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子和定子一樣，