风力发电及入网控制技术

武汉电力职业技术学院第一章智能电网与清洁能源发电—2.1风力发电及入网控制技术—目录CONTENTS现代风力发电设备风力发电运行方式风电技术发展方向010203现代风力发电设备01现代风力发电设备4风力机风力发电机风能机械能电能传动系统机械能风机旋转主轴的方向水平轴式风机垂直轴式风机叶轮转速是否恒定有齿轮箱风机无齿轮箱风机定桨距机组变桨距机组恒速型机组变速型机组桨叶接受风能的功率调节方式功率传递的机械连接方式发电机类型异步发电机笼型双馈同步发电机电励磁永磁风力发电运行方式02风力发电运行方式一、独立运行方式

独立运行的风力发电机组，又称离网型风力发电机组，是把风力发电机组的电能经蓄电池储能，再供应用户使用，如需要交流电，则要加逆变器。（一）储能系统：常用：蓄电池储能、抽水蓄能；研究试验：压缩空气储能、飞轮储能、电解水制氢储能等。（二）与其它发电方式的联合运行常用：风力——柴油发电联合运行风力——太阳能电池发电联合运行风力发电运行方式二、并网运行方式并网条件：发电机输出的电压与电网电压在幅值、频率以及相位上完全相同。（一）基于普通异步发电机的恒速风电机组并网控制（二）基于双馈感应发电机的变速风电机组并网控制（三）基于直驱型永磁发电机的变速风电机组并网控制风力发电运行方式（一）基于普通异步发电机的恒速风电机组并网控制技术特点：叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，需要齿轮箱增速；转子绕组短路，结构一般为鼠笼结构。优点：结构简单，控制方便；并网后不会产生震荡和失步，运行稳定。缺点：直接并网时产生的过大冲击电流造成电压大幅下降；从系统吸收大量无功功率，需配置无功补偿装置；转子转速固定，风能利用率低。风力发电运行方式（二）基于双馈感应发电机的变速风电机组并网控制技术特点：叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，需要齿轮箱增速；转子绕组通过电滑环或采用绕线结构与电力电子换流装置连接，定子、转子都能向电网馈电。优点：能够实现功率的双向流动，风能利用率高；并网时基本无电流冲击；通过控制转子励磁，使定子的输出频率保持在工频。缺点：产生电力谐波；从系统吸收大量无功功率，需配置无功补偿装置。风力发电运行方式（三）基于直驱型永磁发电机的变速风电机组并网控制技术特点：叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，转子绕组通过增加极对数来降低同步转速，避免了齿轮箱损耗。优点：通过调节直流电压的方式控制电磁转矩，风能利用率高；能够独立调节发电机向系统发出或吸收无功；通过电力电子换流器与电网相连，吸收或输出功率可调，可以实现风机平滑并网。缺点：存在永磁材料的消磁现象；结构、控制系统复杂。大规模风电并网面临的主要问题问题系统稳定性问题电压稳定性问题频率稳定性问题低电压穿越问题电能质量问题措施静止无功补偿（SVC）有源电力滤波器（APF）超导储能装置（SMES）风电技术发展方向04风电技术发展方向1．风电机组技术容量大型化：风电单机容量可达到20兆瓦。低风速风机：全球可利用风能资源扩大2倍以上。适应极端气候条件：解决风机耐受北极极端气候问题。2．风电场技术大规模海上风电场：预计到2030年，风机基座设计、海上安装、运行维护、汇流站和海底电缆等方面技术应用基本成熟。3.风电控制技术风电精确预测和运行调控技术。可再生能源发电运行调控技术

根据当前研发进展看，风电技术有望在2030年前后全面成熟，成为支撑全球能源互联网构建的重要电源技术。风电技术发展方向总体来看，风电技术发展将进一步提高风能利用效率、降低成本。随着单机容量10兆瓦风机的完全商业化。陆上风电成本将降至0.4元/（千瓦·时）以下，海上风电成本可下降到0.6元/（千瓦·时）以下。预计到2050年前后，单机容量20兆瓦的风机