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风力发电机组并网技术

风力发电机组并网技术20世纪90年代，L.某

u,Bhowink,Machromoum,R.Pena等学者对双馈电机在变速恒频风力发电系

统中的应用进行了理论、仿真分析和试验研究，为双馈电机在风力发电系

统中的应用打下了理论基础。同时，电力电子技术和计算机技术的高速发

展，使得采用电力电子元件(IGBT等)和脉宽调制(PWM)控制的变流技术在

双馈电机控制系统中得到了应用，这大大促进了双馈电机控制技术在风电

系统中的应用。八十年代以后，功率半导体器件发展的主要方向是高频化、

大功率、低损耗和良好的可控性，并在交流调速领域内得到广泛应用，使

其控制性能可以和直流电机媲美。九十年代微机控制技术的发展，加速了

双馈电机在工业领域的应用步伐。近十年来是双馈电机最重要的发展阶段，

变速恒频双馈风力发电机组已由基本控制技术向优化控制策略方向发展。

其励磁控制系统所用变流装置主要有交交变流器和交直交变流器两种结构

形式:(1)交交变流器的特点是容量大，但是输出电压谐波多，输入侧功率

因数低，使用功率元件数量较多。(2)采用全控电力电子器件的交直交变

流器可以有效克服交交变流器的缺点，而且易于控制策略的实现和功率双

向流动，非常适用于变速恒频双馈风力发电系统的励磁控制。

为了改善发电系统的性能，国内外学者对变速恒频双馈发电机组的励

磁控制策略进行了较深入的研究，主要为基于各种定向方式的矢量控制策

略和直接转矩控制策略。我国科研机构从上世纪九十年代开

始了对变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究，但大多数研究还

仅限于实验室，只有部分研究成果在中，在小型风力发电机的励磁控制系

统中得到应用。因此，加快双馈机组的励磁控制技术的研究进度对提高我

国风电机组自主化进程具有重要意义。

除了上面提到的双馈风力发电系统励磁控制技术研究以外，变速恒频

双馈风力发电系统还有许多研究热点包括:

(I)风力发电系统的软并网软解列研究软并网和软解列是目前风力发

电系统的一个重要部分。一般的，当电网容量比发电机的容量大得多的时

候，可以不考虑发电机并网的冲击电流，鉴于目前并网运行的发电机组已

经发展到兆瓦级水平，所以必须要限制发电机在并网和解列时候的冲击电

流，做到对电网无冲击或者冲击最小。

(2)无速度传感器技术在双馈异步风力发电系统应用的研究近年，双

馈电机的无位置以及无速度传感器控制成了风力发电领域的一个重要研究

方向，在双馈异步风力发电系统中需要知道电机转速以及位置信息，但是

速度以及位置传感器的采用提高了成本并且带来了一些不便。理论上可以

通过电机的电压和电流实时计算出电机的转速，从而实现无速度传感器控

制。如果采用无传感器控就可以使发电机和逆变器之间连线消除，降低了

系统成本，增强了控制系统的抗干扰性和可靠性。

(3)电网故障状态下风力发电系统不间断运行等方面并网型双馈风力

发电机系统的定子绕组连接电网上，在运行过程中，各种原因引起的电网

电压波动、跌落甚至短路故障会影响发电机的不间断

运行。电网发生突然跌落时，发电机将产生较高的瞬时电磁转矩和电

磁功率，可能造成发电机系统的机械损坏或热损坏，所以三相电网电压突

然跌落时的系统持续运行控制策略的研究是目前研究焦点问题之一。

此外，双馈风力发电系统的频率稳定以及无功极限方面也是目前研究

的热点。

在大型风力发电系统运行过程中，经常需要把风力发电机组接入电力

系统并列运行。发电机并网是风力发电系统正常运行的“起点”，也是整

个风力发电系统能够良好运行的前提。其主要要求是限制发电机在并网时

的瞬变电流，避免对电网造成过大的冲击，并网过程是否平稳直接关系到

含风电电网的稳定性和发电机的安全性。当电网的容量比发电机的容量大

的多(大于25倍)的时候，发电机并网时的冲击电流可以不考虑。但风力

发电机组的单机容量越来越大，目前己经发展到兆瓦级水平，机组并网对

电网的冲击已经不能忽视。比较严重的后果不但会引起电网电压的大幅下

降，而且还会对发电机组各部件造成损害;而且，长时间的并网冲击，甚

至还会造成电力系统的解列以及威胁其它发电机组的正常运行。因此必须

通过合适的发电机并网方式来抑制并网冲击电流。

目前，实现发电机并网的方式主要有两种，一种被称为准同期方式，

另一种被称为自同期方式。准同期方式是将已经励磁的发电机在达到同期

条件后并入电网;自同期方式则是将没有被励磁的发电机在达到额定转速

时并入电网，随