基于风电场并网时风力发电机组的选取

文/刘芳园 王世荣 卢秀和 于晓慧

随着环境污染的日益严重,

雾霾等恶劣天气现象不断出现,

清洁能源的开发利用显得尤为重

要。而风能作为清洁能源具有成

本低, 可再生, 永不枯竭的优点,

风能的利用对于缓解环境污染等

问题起到了积极的作用。如今我

们国家风力发电技术正在迅猛的

发展, 也达到了较高的水平, 伴

随着技术的进步风电机组的装机

容量一直在增加，风电在电网中

所占的分量也不断增大。众所周

知风能在利用时存在间歇性和随

机性的问题，当许多大装机容量

的风力发电机组并入电网时对电

网的安全稳定运行也会带来重大

的影响。比较突出的问题是风电

场以及接近风电场的区域电力网

会出现电力网的电压下降, 更严

重的是可能会导致电压崩溃造成

严重的后果。因此风电场在并网

时对于并网风电机组存在一定的

要求, 本文就并网发电机组的选

取以及各机组特点进行分析介绍,

使风电场在选取并网风电机具有

参考价值。这样对于发展风能这

个清洁能源, 缓解环境污染带来

的各种危害具有一定的作用。

摘 要

1 基于普通异步发电机的恒速风电机组

基于普通异步发电机的恒速风电机组的

运行是利用普通的异步发电机组以及三叶片式

的风力发电机组。这类风电机组是恒速的，它

的齿轮箱是位于机组的低速轴和高速轴之间

的，并且在发电机的极端还装有并联电容器

这种补偿装置。它的工作原理是让自然风产生

的力带动风力发电机旋转这样就实现了能量的

转化将风能转换成机械能，随后使齿轮箱升速

后使异步电动机驱动再次实现能量的转化将机

械能转化成电能。由此种风机的工作过程可以

知道当该种风力发电机组并网时也会给电网的

安全稳定运行造成影响，因此我们风电厂在选

择此种风力发电机组后还要安装适当的保护装

置，通常情况下这种风力发电机组同时安装静

止无功补偿器，这样电站的发出无功和吸收的

能力更加的灵活，可以改善整个电力系统的无

功调节特性，使整个发电厂取得可喜的经济效

益，对于我国风电事业的发展以及清洁能源的

开发利用都是具有一定意义的。

2 基于绕线式异步发电机的最优滑差风

电机组

基于绕线式异步发电机的最优滑差风电

机组与普通异步风力发电机相比在一些方面存

在差异，最大的不同之处在于发电机组的转子

绕组，它通过滑环接入变频器控制的外接转子

可变电阻, 当机组在不同方式运行时，可以调

节变频器转子的可变电阻，这样与普通异步风

力发电机相比可以增大风力发电机组的稳定裕

度，使整个系统更加稳定，并且可以在较大的

转速范围内控制发电机输出的电磁功率。发电

厂在选择风力发电机并网时要了解风机在运行

时在发出有功功率的同时也需要吸收一定的无

功功率。在选择并网风电机时是要同时安装无

功补偿装置，不然的话会出现电网功率因数降

低，阻碍有功功率输出造成线损增加的不利情

况。在电网电压较低和暂态过程整个风电厂无

功需要较大时可能出现接入风电地区电网的电

压稳定性降低, 进而降低了电网的稳定性和电

能质量这种更为严重的情况。基于绕线式异步

发电机的最优滑差风电机组的优点就是它允许

进行无功功率的控制，当然安装必要的无功补

偿措施能够保证此风力发电机组在系统故障期

间依然能够继续的运行，提高丰电机组的故障

穿越能力，对于整个风电厂和系统都是十分有

利的，因此发电厂在选择此类风机作为并网风

力发电机组时需要同时考虑安装必要的无功补

偿装置，了解风电机组的特点以及需要装设的

补偿装置对于不同风电厂选择风力发电机是有

非常重要的意义的。

3 基于双馈感应发电机的变速风电机组

基于双馈感应发电机的变速风电机组它

的定子是直接溃入电网而转子是通过部分功率

变频器馈入电网。双馈感应风机的双馈是由于

实际上发电机的定、转子都参与了励磁而得来

的。它的变频器可以实现发电机有功功率和无

功功率的解耦控制，这样风电机组就具有了变

速运行的特性可以维持每秒五到十二米的风速

范围保持几乎恒定不变的最佳叶尖速比，这样

可以提高风电机的风能转化效率，调节改善风

电厂的功率因数和电压稳定性。选择此类风力

发电机组可以实现故障穿越还可以实现最大风

能获取, 不仅有较高的效率还有较宽的转速运

行范围, 控制简单可靠性好。基于双馈感应发

电机的变速风电机组有诸多的优点, 今后越来

越多的风电厂会考虑双馈风机, 当然它也存在

一些需要我们进一步解决的问题, 这对于我们

发展清洁能源也是至关重要的。

4 基于同步发电机的变速风电机组

基于同步发电机的变速风电机组通常采

用的是多极的永磁同步发电机组, 此类风力发

电机是直接和发电机相连接的，这样就不需要

齿轮箱进行升速，发电机输出的电压频率是随

转速发生变化的。利用交一直一交或交一交全

功率变频器与电网进行连接, 进而可以在电网

侧得到频率恒定的电压。此类机组的优势在

于变频器进行解耦控制, 使得基于同步发电机

电力电子 • Power Electronics

242 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering

的变速风电机组与电网完全解耦, 其特性就完

全取决于变频器的控制系统及控制策略，这样

我们就可以更好多通过控制变频器来控制变速

风电机组。此类风电机组并网的时候，系统中

是要加装整流逆变装置的, 发电机发出的电压

和频率都在变化的交流电中经过整流逆变后变

成恒压恒频的电能然后再输入电网中；同时通

过调节逆变装置的控制信号可以改变系统输出

的有功功率以及无功功率, 实时的来满足电网

的功率需求。此类发电机的容量很大，需要时

可能达到发电机容量的百分之百。变速同步直

驱风力发电机的风机和发电机可以看成一个整

体, 风机提供的机械转矩和发电机受到的电磁

转矩共同作用决定了它们的转速，这些特点都

是我们的发电厂选择并网风力发电机组所要考

虑的因素。

5 结论

本文对风电场并网的各个风力发电机组

做了一系列的分析介绍, 每种并网风力发电机

组都存在一定的优点当然也存在诸多需要改进

的地方, 只有把并网风力发电机组可能给电网

造成的安全稳定运行方面的影响降到最低, 将

我们的风力发电安全稳定水平提高才能更好的

发展清洁能源。发展清洁能源建立全球能源互

联网对于解决资源枯竭环境污染等诸多关系到

我们人类生存的问题是至关重要的。

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