并网运行的风力发电系统运行分析

    【摘要】随着电力和能源改革逐步深入，在国家倡导节能减排的大背景下，风力发电成为
新能源开发利用的重要领域。在有风力资源的地区，建设小型风力发电或风光互补独立电站
（集中供电系统或户用系统）成为为小型负荷供电一种新选择。研究并分析并网运行的风力
发电系统的构成及运行显得很重要。

 

　　【关键词】并网运行；风力发电系统；运行分析

 

　　现如今风力发电技术已从过去的小型风力发电机独立运行发展为大型发电机组并网运
行，即风力发电场并网运行。风力发电场并网运行是将风能转换成电能的装置，系统包括发
电机、增速箱、刹车、偏航、控制等几大系统。直接与电网相连接的是异步发电机，风力发电场
并网运行结构简单，其发电的首要条件是要吸收无功来建立磁场，如果没有无功来源，也
就是说没有电网，风力发电场并网运行是没有能力发电的。

 

　　一、异步发电机的并网方法

 

　　由风力机驱动异步发电机与电网并联运行的原理分析如下：因为风力机为低速运转的
动力机械，在风力机与异步发电机转子之间经增速齿轮传动来提高转速以达到适合异步发
电机运转的转速，一般与电网并联运行的异步发电机，多选用

4 极或 6 极电机，因此异步

发电机转速必须超过

1500r/min 或 1000r/min，才能运行在发电状态，向电网送电。显见，电

机极对数的选择与增速齿轮箱关系密切，若电机的极对数选小，则增速齿轮传动的速比增
大，齿轮箱加大，但电机的尺寸则小些；反之，若电机的极对数选大些，则传动速比减小
齿轮箱相对小些，但电机的尺寸则大些。

 

　　根据电机理论，异步发电机并入电网运行时，是靠滑差率来调整负荷的，其输出的功
率和转速近乎成线性关系，因此对机组的调速要求，不像同步发电机那么严格精确，不需
要同步设备和整步操作，只要转速接近同步转速时就可并网，国内及国外与电网并联运行
的风力发电机组中，多采用异步发电机，但异步发电机在并网瞬间会出现较大的冲击电流
并使电网电压瞬时下降。随着风力发电机组单机容量的不断增大，这种冲击电流对发电机自
身部件的安全及对电网的影响也越加严重。过大的冲击电流，有可能使发电机与电网连接的
主回路中的自动开关断开；而电网电压的较大幅度下降，则可能会使低压保护动作，从而
导致异步发电机根本不能并网。当前在风力发电系统中采用的异步发电机并网方法有以下几
种。

 

　　

1.直接并网 

　　这种并网方法要求在并网时发电机的相序与电网的相序相同，当风力驱动的异步发电
机转速接近同步转速时即可自动并入电网；自动并网的信号由测速装置给出，而后通过自
动空气开合闸完成并网过程。显见这种并网方式比同步发电机的准同步并网简单。但如上所
述，直接并网时会出现较大的冲击电流及电网电压的下降，因此这种并网方法只适用于异
步发电机容量在百千瓦级以下，而电网容量较大的情况下。中国最早引进的

55kw 风力发电

机组及自行研制的

50kw 风力发电机组都是采用这种方法并网的。 

　　

2.降压并网 

　　这种并网方法是在异步电机与电网之间串接电阻或电抗器或者接入自耦变压器，已达
到降低并网合闸间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电抗器等元件要消耗功
率，在发电机并入电网以后，进入稳定运行状态时，必须将其迅速切除，这种并网方法适