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第四编! 风力发电机的控制与供电质量技术 ####################################### 第二章! 定桨距风力发电机组的软件并网 软切入装置（#$% ’% ( )* ’*)% ）是目前联网运行的定桨距风力发电机组控制系 统的重要部分。它的主要作用是限制发电机在并网和大小发电机切换时的瞬变电流，以 免对电网造成过大的冲击。一般当电网的容量比发电机的容量大得多时（ +, 倍），发 电机联网时的冲击电流才可以不予考虑。但目前联网运行的风力发电机组已发展到兆 瓦级水平，与一般变电所的容量相比已经相当大，因此，软切入装置已成为控制系统必不 可少的部分。 第一节! 并网方式概述 随着风力发电机组单机容量的增大，在并网时对电网的冲击也越大。这种冲击严重 时不仅引起电力系统电压的大幅度下降，并且可能对发电机和机械部件（塔架、桨叶、增 速器等）造成损坏。如果并网冲击时间持续过长，还可能使系统瓦解或威胁其他挂网机 组的正常运行。因此，采用合理的并网技术是一个不可忽视的问题。 一、同步风力发电机组的并网技术 同步发电机在运行中，由于它既能输出有功功率，又能提供无功功率，周波稳定，电 能质量高，已被电力系统广泛采用。然而，把它移植到风力发电机组上使用却不甚理想， 这是由于风速时大时小，随机变化，作用在转子上的转矩极不稳定，并网时其调速性能很 难达到同步发电机所要求的精度。并网后若不进行有效的控制，常会发生无功振荡与失 步等问题，在重载下尤为严重。这就是在相当长的时间内，国内外风力发电机组很少采 用同步发电机的原因。但近年来随着电力电子技术的发展，通过在同步发电机与电网之 间采用变频装置，从技术上解决了这些问题，采用同步发电机的方案又引起了人们的重 视。我们将在讨论变速风力发电机组的有关章节中予以介绍。 二、异步风力发电机组的并网技术 异步发电机投入运行时，由于靠转差率来调整负荷，因此对机组的调速精度要求不 高，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。显然，风力发电 机组配用异步发电机不仅控制装置简单，而且并网后也不会产生振荡和失步，运行非常 稳定。然而，异步发电机并网也存在一些特殊问题，如直接并网时产生的过大冲击电流 造成电压大幅度下降会对系统安全运行构成威胁；本身不发无功功率，需要无功补偿；当 输出功率超过其最大转矩所对应的功率会引起网上飞车，过高的系统电压会使其磁路饱 ·,,- · 第四编8 风力发电机的控制与供电质量技术 ####################################### 和，无功激磁电流大量增加，定子电流过载，功率因数大大下降；不稳定系统的频率过于 上升，会因同步转速上升而引起异步发电机从发电状态变成电动状态；不稳定系统的频 率的过大下降，又会使异步发电机电流剧增而过载等等。所以运行时必须严格监视并采 取相应的有效措施才能保障风力发电机组的安全运行。 目前国内外采用异步发电机的风力发电机组并网方式主要有以下几种： （一）直接并网方式 这种方式只要求发电机转速接近同步转速（即达到!! # $%% 同步转速）时，即可 并网，使风力发电机组运行控制变得简单，并网容易。但在并网瞬间存在三相短路现象， 供电系统将受到 # ’ 倍发电机额定电流的冲击，系统电压瞬时严重下降（如国产() * +, * ,%% 型风力发电机在上海电机厂于同步转速附近做并网试验时，系统电压由 $%- 下降到,+%- 左右），以至引起低电压保护动作，使并网失败。所以这种并网方式只有在 与大电网并网时才有可能。 （二）准同期并网方式 与同步发电机准同步并网方式相同，在转速接近同步转速时，先用电容励磁，建立额 定电压，然后对已励磁建立的发电机电压和频率进行调节和校正，使其与系统同步。当 发电机的电压、频率、相位与系统一致时，将发电机投入电网运行。采用这种方式，若按 传统的步骤经整步到同步并网，则仍须要高精度的调速器和整步、同期设备，不仅要增加 机组的造价，而且从整步达到准同步并网所花费的时间很长，这是我们所不希望的。该 并网方式合闸瞬间尽管冲击电流很小，但必须控制在最大允许的转矩范围内运行，以免