1、风力发电控制技术作业风力发电控制技术作业李蒙Repower System AG（瑞能）发展历史：发展历史：2001年,由Jacobs Energie，BWU和pro+pro Energiesysteme合并而成，总部位于德国汉堡。1994年研发第一台500kW风机；曾制造世界第一台5MW海上风机；现为印度Suzlon的全资子公司。公司规模：公司规模：世界十大风力发电机制造商之一2478名员工年营业额为112亿欧元制造安装3500台风力发电机总发电量超过5400MW在中国：瑞能北方风电设备有限公司 技术特点 技术来源：购自Aerodyn公司+自身吸收研发，目前主流机型都源自MD77 发电机类型：
2、双馈异步感应式发电机（Doublely-fed induction generator）运行方式：电气变桨距，变速恒频 产品线丰富：海上和陆地风力发电机 发电机容量：1.8MW6.15MW 风轮直径：82m126m 技术优势：MW级风力发电机产品分类1、MM系列产品分类（续）2、XM系列 产品分类（续）3、5/6M系类 产品分类（续）4、其他历史机型 市场占有率中国市场份额 北方瑞能占国内市场份额1.9%（2009年）技术转让（许可证生产）1997年-浙江运达2002年-新疆金风2004年-四川东方汽轮机厂（MD77/1.5MW）返回试论述现有风力发电系统的拓扑结构及各自特点 风力发电机独立式
3、混合式直流系统混合式交流系统并网式恒速失速控制型桨距控制型主动失速控制型有限变速变速含部分功率变频器变速全功率变频器型绕线转子同步风力发电机永磁同步发电机小型发电直流混合系统小型发电交流混合系统A型：恒速B型：有限变速 C型：变速含部分功率变频器D型：变速含全功率变频器型不同类型发电机的风力发电机进行对比返回推证风力机能量转换的贝茨理论 采用激盘模型推导风能利用系数DDA VA VA V由定义管道内各处的质量流量必须相同 在激盘上产生的气动力为DDDFVVA V流入激盘的气流速度为 1DVa V;其中a为轴流干扰系数 推证风力机能量转换的贝茨理论 伯努利方程可得激盘气压压降 2201122DD
4、VpgzVpgz2201122DDVpgzVpgz2212DDppVV两式相减可得1 2Va VV0.5a 不能为负，所以为上限 气动力来源于激盘引入（产生）的压降，即：1DDDDDFppAVVAa V推证风力机能量转换的贝茨理论 激盘从风中提取的风能为22(1)DDFA V aa整理可得气动力为322(1)DDDDpF VA V aa定义风能利用系数：风力机捕获的风能与经过风力机的风能之比 DpVpCp风速为V通过截面积为A的风能为：312VpAV风能利用系数为风能利用系数为 32232(1)4(1)12DpDA V aaCaaA V推证风力机能量转换的贝茨理论 推导贝茨极限0pdCda13
5、a 2123|20pad Cda 160.59327pC 返回永磁同步发电机发电系统 系统的基本组成系统的基本组成 永磁同步风力发电机的拓扑结构永磁同步发电机控制 工作原理：工作原理：1.风力机把捕获的流动空气的动能转换为机械能;2.直驱系统中的永磁同步发电机把风力机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化而变化的不控电能;3.变流器把不控的电能转换为频率和电压与电网同步的可控电能并馈入电网。永磁同步发电机控制 控制模式控制模式：监视电网、风况和机组运行参数，对机组运行进行控制。根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。控制基本目标：保证风力发电机组安全可靠运行;获
6、取最大能量;提供良好的电力质量。风机运行流程图一、系统运行时控制偏航系统控制：1.自动对风2.自动解缆3.风轮保护变桨距系统控制：1.启动状态 2.欠功率状态 3.额定功率状态 一、系统运行时控制(续)机侧变流器的控制：1.将永磁同步发电机发出的频率和电压幅值变化无序的交流电整流成直流电；2.控制风力机转速，实现最大风能捕获；网侧变流器的控制：1.将直流电逆变为与电网频率、幅值相同的交流电，保证电网侧电流正弦，减少谐波对电网的污染并维持直流侧电压恒定，提高发电效率。2.实现对电网发送有功功率和无功功率的控制。二、制动控制制动控制正常制动低速变桨至90转速降至脱网转速时脱网 快速制动中速变桨至9
7、0 转速降至脱网转速时脱网紧急制动高速变桨至90 是否断开安全链是否启用机械刹车制动紧急制动是否超时断开安全链启动避风制动三、安全保护控制1.雷电安全保护2.过压过流保护3.震动保护4.开机关机保护5.电网掉电保护6.紧急停机安全链保护7.微机控制器抗干扰保护8.接地保护9.监控功能返回风力发电系统的并网技术及对电力系统的影响风力发电系统的并网技术及对电力系统的影响 风力发电系统的并网技术风力发电系统的并网技术风力发电机并网的条件：风力发电机并网的条件：发电机输出的电压和电网电压在幅值、频率、相位上完全相同。并网时可能遇到的问题：并网时可能遇到的问题：引起系统电压下降，对电机和机械部件造成损坏
8、；造成系统瓦解，威胁其它挂网机组的正常运行。同步风力发电机组并网技术同步风力发电机组并网技术同步发电机的优点：同步发电机的优点：既能提供有功功率，又能提供无功功率，周波稳定、电能质量高。在风力发电系统中的缺点：在风力发电系统中的缺点：并网时其调速性能很难要求的精度；无功振荡与失步问题，在重载下尤为严重。解决方法：解决方法：在同步发电机与电网之间采用变频装置。异步风力发电机组并网技术异步风力发电机组并网技术异步风力发电机优点：异步风力发电机优点：对机组的调速精度要求不高；控制装置简单；不会产生振荡和失步，运行稳定。并网时存在的问题：并网时存在的问题：直接并网会产生冲击电流会造成电压大幅度下降；需
9、要无功补偿；不稳定系统的频率过于下降，电流剧增而过载。风力发电系统对电力系统的影响风力发电系统对电力系统的影响1、风力发电引起的电压波动、风力发电引起的电压波动风力发电会提高电网的静态稳定，降低动态稳定性。当风力机组起动时，感应电机会吸收大量的无功功率，如果没有足够的无功补偿，将会导致节点电压跌落。风力机组输出变化着的功率直接导致了节点电压的波动，如果机组的容量超过一定范围，那么它所引起的电压波动将很大，超出电网运行的允许范围。电压波动的大小取决于电网强度、电网结构、风力机组类型、风电场容量等因素。风力发电系统对电力系统的影响2、风力发电对短路电流的影响、风力发电对短路电流的影响风力发电机可以
10、改变接入点的短路电流。大量的异步电机接入电网后会增加接入点的短路电流，改变短路电流特性。异步电机的短路电流初始值高，衰减快。采取措施：在考虑风机装机容量时应计算电网各点的短路电流，判断是否超过了电网中已有元件的额定容量；在故障情况下风机的保护系统还应该与电网的保护装置进行配合，尽量减小对电网的负面影响。风力发电系统对电力系统的影响3、风力发电对网损的影响、风力发电对网损的影响电网中的有功损耗会由于风电场的接入而改变，功率损耗的增加或减小与电网的结构、电网潮流、接入点位置以及风电场装机容量等因素有关。输电网一般呈环状结构，电压等级高，网络损耗小；配电网则呈树状，结构松散，电压低，网损较大。为了不
11、增加电网的有功损耗，风电场的输出功率也应控制在一定的范围。风力发电系统对电力系统的影响4、风力发电引起的闪变、风力发电引起的闪变闪变是指经过灯-眼-脑环节反映人对灯光照度波动的主观视感。人对照度波动的觉察频率范围为0.0535Hz，其中闪变敏感的频率范围约为612Hz。引起闪变的原因：风力机组在持续运行时的功率波动、风力机组在切入风速时或在额定风速时的起动、风力机组的停机以及机组间的切换操作等。风力发电系统对电力系统的影响5、风力发电引起的谐波、风力发电引起的谐波产生谐波的两种途径：（1）各种电力电子装置的开通和关断会引起节点电压下降，同时会产生大量谐波和间谐波。（2）风机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振。返回风力发电系统对电力系统的影响6、风力发电对发电计划与调度影响的影响、风力发电对发电计划与调度影响的影响传统的发电计划基于电源的可靠性、负荷的可预测性。风力系统发电计划制定困难：风电场出力难以预测。问题：电力系统的运行方式不能跟踪风电功率的波动，系统的电能质量和动态稳定性将受到显著影响。措施：对电力系统传统的运行方式和控制手段做出适当的改进和调整，研究随机的发电计划算法，正确考虑风电的随机性和间歇性特性。返回
