風力發(fā)電機并網課件

2023/2/71風力發(fā)電并網介紹

2023/2/72一、風力發(fā)電機組并網有哪幾種方式？

1.大、中型風力發(fā)電機組（100千瓦以上，并網型機組）與電力網并網運行；2.小型風力發(fā)電機（10千瓦到100千瓦）與柴油發(fā)電機或其他發(fā)電裝置并聯(lián)互補運行；3.微型風力發(fā)電機（10千瓦以下）主要采用直流發(fā)電系統(tǒng)并配合蓄電池儲能裝置獨立運行。2023/2/73二、并網型風力發(fā)電機組

根據(jù)風力發(fā)電機運行特征和運行技術，并網型風力發(fā)電機一般分為：1、恒速恒頻風力發(fā)電機。2、變速恒頻風力發(fā)電機。2023/2/74

什么是恒速恒頻與變速恒頻？恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)是指在風力發(fā)電過程中保持發(fā)電機的轉速不變從而得到和電網頻率一致的恒頻電能。變速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)是指在風力發(fā)電過程中發(fā)電機的轉速可以隨風速變化,而通過其他的控制方式來得到和電網頻率一致的恒頻電能。2023/2/75發(fā)電機組并網的四個條件1.發(fā)電機的頻率與系統(tǒng)頻率相同。2.發(fā)電機出口電壓與系統(tǒng)電壓相同,其最大誤差應在5%以內。3.發(fā)電機相序與系統(tǒng)相序相同。4.發(fā)電機電壓相位與系統(tǒng)電壓相位一致。當滿足以上四個條件時，可以合上并網開關，使發(fā)電機組并入系統(tǒng)運行2023/2/76三、恒速恒頻風力發(fā)電機的并網優(yōu)點：恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)具有結構簡單、成本低、過載能力強以及運行可靠性高等優(yōu)點，其發(fā)電設備主要是異步風力發(fā)電機。缺點：異步風力發(fā)電機在并網瞬間會出現(xiàn)較大的沖擊電流，異步發(fā)電機自身不發(fā)無功功率，需要無功補償。2023/2/77

恒速籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)

2023/2/78異步風力發(fā)電機并網方式目前，國內外采用的異步風力發(fā)電機的并網方式主要有以下四種：直接并網，準同期并網，降壓并網以及采用雙向晶閘管控制的軟切入法的并網方式。2023/2/79

1、直接并網方式直接并網方式：采用這種方式時要求發(fā)電機的相序與電網的相序相同，發(fā)電機轉速接近（一般達到９９％～１００％）同步轉速時即可并網。2023/2/7102、準同期并網方式準同期并網方式：采用這種方式時在轉速接近同步轉速時，先用電容勵磁，建立額定電壓，然后對已建立的發(fā)電機電壓和頻率進行調節(jié)和校正，使其與系統(tǒng)同步。當發(fā)電機的電壓、頻率、相位與系統(tǒng)一致時，將發(fā)電機投入電網運行。2023/2/7113、降壓并網方式降壓并網方式：采用這種方式時在異步電機與電網之間串接電阻、電抗器或自耦變壓器，以降低并網合閘瞬間沖擊電流幅值及電網電壓下降的幅度。因為電阻、電抗器等要消耗功率，在發(fā)電機并入電網進入穩(wěn)態(tài)時，再將其短接。2023/2/7124、雙向晶閘管控制的軟切入法的并網方式采用這種方式時在異步發(fā)電機定子與電網之間每相串入一只雙向晶閘管，接入的目的是將發(fā)電機并網瞬間的沖擊電流控制在允許的限度內。當發(fā)電機達到同步速附近時，發(fā)電機輸出端的短路器閉合，發(fā)電機組通過雙向晶閘管與電網相連，通過電流反饋對雙向晶閘管導通角控制，將并網時的沖擊電流限定在額定電流1.5倍以上，從而得到一個比較平滑的并網過程，正常運行時，雙向晶閘管被短接。2023/2/713四、變速恒頻風力發(fā)電機組的并網變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展依賴于大容量電力電子技術的成熟，從結構和運行方面可分為雙饋感應發(fā)電機系統(tǒng)和直接驅動的同步發(fā)電機系統(tǒng)。變速恒頻風力發(fā)電機組實現(xiàn)了發(fā)電機轉速與電網頻率的解耦，降低了風力發(fā)電與電網之間的相互影響，但是它缺點是結構復雜、成本高、技術難度大。2023/2/714

雙饋式風力發(fā)電機及其并網雙饋風力發(fā)電機為定子繞組直接接入交流電網，轉子繞組由頻率、幅值、相位可調的變流器提供三相低頻勵磁電流的新型電機，當轉子繞組通過某一頻率的交流電時，就會產生一個相對轉子旋轉的磁場，此時會在電機氣隙中形成一個同步旋轉磁場，轉子的實際轉速加上交流勵磁電流產生的旋轉磁場所對應的轉速等于同步轉速，從而改變了雙饋電機定子電動勢與電網電壓向量的相對位置，也即改變了電機的功率角，因此有調節(jié)無功功率出力的能力。2023/2/715雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)2023/2/716

雙饋風力發(fā)電機組的并網方式空載并網，獨立負載并網以及孤島并網方式。2023/2/717

（１）空載并網方式：采用這種方式通過引入定子磁鏈定向技術對發(fā)電機輸出電壓進行測節(jié)。使建立的雙饋發(fā)電機定子空載電壓與電網電壓的頻率、相位和幅值一致，滿足并網條件時進行并網操作。2023/2/718（２）獨立負載并網方式：采用這種方式的思路是，并網前發(fā)電機帶負載運行，對發(fā)電機和負載進行控制，在滿足并網條件時進行并網。這種并網方式的特點是，發(fā)電機具有一定的能量調節(jié)作用，降低了對原動機的調速能力要求，但是這種并網方式控制起來非常復雜，所需要的信息不僅取自于電網側，同時還取自于定子側。

2023/2/719（３）孤島并網方式：采用這種方式并網前需要形成能量環(huán)路，這個能量環(huán)路是這樣形成的，首先進行預充電過程，當風力發(fā)電機啟動后且發(fā)電機轉速達到勵磁范圍時開始勵磁，電網從預充電變壓器經直流整流器向雙ＰＷＭ變流器的直流母線電容充電，用以激勵整個系統(tǒng)，當定子電壓達到額定值（控制器通過控制電機側的逆變器使發(fā)電機定子發(fā)電電壓達到額定值）時，發(fā)電機定子輸出和轉子輸入與雙ＰＷＭ逆變器分別連接，形成獨立能量環(huán)路。當發(fā)電機轉速達到并網轉速，控制系統(tǒng)將調節(jié)發(fā)電機電壓與電網電壓同步，同步后，并網。綜上所述，這種并網方式可分為三個階段，即勵磁階段，孤島運行階段以及并網階段。2023/2/7201.5MW變速恒頻雙饋型風電機組東方汽輪機廠2023/2/721直接驅動的同步發(fā)電機及其并網

直驅型風力發(fā)電機組是無齒輪箱的變槳距變速風力發(fā)電機組，風輪軸直接與低速發(fā)電機連接。直驅型風力發(fā)電機組要采用全功率變流器。2023/2/722直驅型風力發(fā)電系統(tǒng)電網連接圖2023/2/723直驅型風力發(fā)電機組1基座2偏航系統(tǒng)3發(fā)電機定子4發(fā)電機轉子輪轂6葉片2023/2/724直驅型風力發(fā)電機組2023/2/7251.5MW直驅型風電機組首臺樣機已于2005年5月安裝投入試運行(國產化率40%)2007年，1.5MW直驅型風機已裝官廳水庫33臺（其中有3臺用惠騰葉片）2023/2/726直驅型風電機組系統(tǒng)圖2023/2/727

風力機直接與發(fā)電機相連，可省去增速齒輪箱，減少風力發(fā)電機的體積和重量，也降低噪聲和維護費用。其發(fā)電機主要采用低速永磁同步發(fā)電機，具有性能好、效率高、無需勵磁、體積小、重量輕的特點。由于電力電子元件的性能價格比不斷提高,以IGBT為代表的新型電力電子器件的最大功率已經達到MVA級,開關頻率達到10kHz,脈寬調制技術(PWM)的采用有效地抑制了電力電子器件容易帶來的諧波。如果把這些技術用于同步電機與電網的接口,可以屏蔽掉風機固有的隨機特性對電網的影響,提高捕獲風能的效率,較少對槳葉和驅動軸的應力損傷,降低空氣動力噪聲水平,改進風機運行的靈活性。2023/2/7