今天小编为大家推荐《风力发电机并网应用论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。【摘要】电力系统对风电场接入电网时的要求愈来愈严苛，而低电压穿越被公认为风电机组设计及控制的难点，制约着风电机组的大规模应用，本文笔者结合多年实践简要探讨了风电机组低电压穿越的问题。
风力发电机并网应用论文 篇1：
风力发电并网对电网的影响概述
摘 要：风能作为一种清洁能源，越来越受到各个国家的重视。世界范围内风电装机容量一直在增加。随着装机容量的增加，风力发电对电网的影响也越来越明显。介绍风力发电的并网条件及并网特点，不同风力发电机与电网的并入方式；介绍风电并入电网对电网的影响和我国的电网结构及内蒙古地区电网的大概结构。
关键词：风力发电 并网 风电场
1 风力发电概述
1.1 风力发电形式
风力发电有两种：一是离网发电；二是并网发电。目前中国的风力发电还处于试点阶段，并网发电的技术不够成熟。比较成熟的是北欧和美国。并网并不是一件很简单的事情，能够并网的电流具备正弦波交流50HZ，另外还有电压和功率等。
风机的离网应用有多种多样，主要可以分为以下几类：
（1）为蓄电池充电：这种应用大多是指单一家庭住宅使用的小型风力发电机。
（2）为边缘地区提供可靠的电力，包括小型和无人值守的风力机。风力发电机通常与蓄电池相连，而且也可以与光电池或柴油发电机等其他电源联机，为海上导航和远距离通信设备供电。
（3）给水加热：这种系统多用于私人住宅。典型的用法是将风力发电机直接与浸没式加热器或电辐射加热器相连。
（4）边远地区的其他使用：包括为乡村供电、为小型电网系统供电，以及为商业性冷藏系统和海水淡化设备供电。在离网风力发电系统的应用中，占主导地位的是利用风力发电机为蓄电池充电。这类风力发电机的转子直径通常小于5m，而且其额定功率低于1000w。独立的风电系统主要建造在电网不易到达的边远地区。
1.2 风力发电的特点
风力发电与火力发电相比，有其自身的缺点和优点，主要有：（1）装机规模灵活，可根据资金情况而决定一次装机的规模。（2）它是一种不污染环境，也不消耗资源的清洁能源，所需的动力只是自然界中的风。（3）投入资金少，有一台风力机的资金就可以安装一台，投产一台。（4）建设周期短，比如说建设一个万瓦级的风电场周期不到一年。
2 不同类型风力发电机组的并网方式
在风力发电上应用到同步发电机有两种机械联结方式：（1）取消变速齿轮箱，把风轮轴与发电机直联，并且把发电机做成低速同步发电机。同步发电机的并网比较复杂，需要一整套并网措施；（2）通过变速齿轮箱，做成高速同步发电机。
2.1 异步风力发电机并入电网的方法
调整负荷是靠异步发电机并入电网时滑差率来调整的，对机组的调速要求不像同步发电机那么严格精确，因为其输出的功率与转速几乎成线性关系，异步并网只是需要电机转速靠近发电机同步转速时就可以并入预定电网，并没有调步的操作和同步的设备。目前国内使用的异步发电机并入电网的方式有直接并网、降压并网和通过晶闸管软并网。
2.1.1 直接并网方式
并网时发电机的相序与电网的相序相同是这种并网方法的要求，完成自动并网是当风力驱动的异步发电机转速接近同步转速时即可，系统中的测速装置在一定的条件下发出一个信号，系统接收到信号后空气开关自动合闸，由此自动并入预定的电网。虽然，直接并网方式相比于同步风力发电机的准同步并网是容易些，简单点，但这种并网方式只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下。之所以这种并网方式只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下，是因为直接并网时会出现较大的冲击电流及电网电压下降。
2.1.2 降压并网方式
为了降低并网时候合闸瞬间冲击电流的大小，同时为了不使这时的并网的电网电压下降的幅度不要过大，这种并网方式在并网电网和异步风力发电机中间串联了或者是电抗器或者是电阻。这种并网方法是适用于百千瓦级以上的大容量机组，因为电阻、电抗器等元件要消耗功率，在发电机进入稳态运行后将其迅速切除。
2.1.3 通过晶闸管软并网方式
要想使风电并入电网时不会对电网产生很大的冲击，就需要使并网瞬时的电网的冲击电流限制在一个很小的区间内，而通过晶闸管软并网这种并网方式可以得到一个相对平滑的并网过程，其独特之处就是严格控制晶闸管的导通角，从而实现平滑稳定的并网，不致于对电网产生很大的冲击。让晶闸管器件的特性要一致、稳定以及触发电路可靠，这是它也对晶闸管触发电路提出了严格的要求。要想保证可控硅导通角在0到180度范围内同步逐渐增大，要想保证发电机三相电流平衡，只有发电机主回路中的每项的双向晶闸管特性一致，并且控制极触发电压、触发电流一致，全开通后压降相同，否则会对发电机不利。
2.2 自同步并网方式
同步发电机在转子未加励磁就是自同步并网，励磁绕组经限流电阻短路的情况下，由原动机拖动将同步发电机转子转速升高到接近同步转速（约80%-90%同步转速）时，将发电机投入电网，再立即投入励磁，靠定子与转子之间的电磁力作用将发电机自动牵入同步发行。这种并网方式尅从问题的根源排除非同步合闸的这种可能，因为同步风力发电机在并入电网时并没有加励磁电流。这种并网操作简单，是不需要复杂的并网装置，并且并网过程迅速。
2.3 准同步并网方式
在同步风力发电中，风力发电机的转速、频率及极对数有确定的关系，这个关系式：f=pn/60。式中：f-发电机产生的交流电频率；n-风力发电机的转速；p-发电机的极对数。
准同步并网方式将风电并到并网电网中，需要满足几个条件：（1）发电机的电压相序与电网的电压相序相同；（2）发电机的电压等于电网电压，并且电压波形相同；（3）要求并网风力发电机的频率和并网电网的频率相同；（4）在合闸那会儿，电网电压的相角和风力发电机所发电压的相角一致；
3 风能并到电网里时对并网电网的的影响
3.1 风力发电对电能的稳定性及质量的影响
随着各地风电场的陆续上马和投产， 大家广泛的关注风力发电对电网电能质量的影响。风力发电对电网的影响主要表现为：电压波动、电压闪变、电压跌落及谐波等。这是由于上述风电场并网运行的特点，特别是风能的随机性和并网风组的运行特性，可能影响电网的电能质量。据研究可知并网风电机组输出的功率波动是风力发电引起的电压波动和闪变的根本原因。由相关的知识知道，空气的密度 、风速V、桨距角 和叶轮转速 的变化会影响机组的功率的输出。其实，桨距角 和叶轮转速 ，减小风电机组的波动是可以通过现代的先进的风电机组能够进行很好地控制。由于风的随机性和波动性以及不可预知性，风电的出力是随机波动的，此时电网的的有功功率和无功功率也会发生大的波动性，这样就导致了并网电网的闪变和不稳定性。由此，风电机组的出力变化主要是由于风速的变化而引起的。另外，已经并入电网的风机在持续的运行中，会使风电机组输出功率存在周期性的波动的原因有：湍流、塔影效应、偏航误差、风力机尾流效应以及风电机组的频繁启停。随着风机电机容量的增加，风的随机波动性对风力发电的影响阅历啊月明显，当风电出力波动较大时，从而会引起较大的电压波动。
3.2 对电网稳定性的影响
由于风力发电场接入电网时会有很多问题，所以就目前风电并网的情况来看，风力发电场一般都是建在电网比较薄弱的地区，并网时是在电网末端进行并网。并网后会对系统稳定性产生影响是由于风力发电的接入，使电网单向流动的特点被改变，电网单向流动被改变之后又导致系统潮流分子发生改变。
3.3 对电力调度与日常发电计划的影响
由于风电的不可预测性，所以并不能像我们以前使用的电源一样，对风电进行准确而又可靠地出力预测。更不能指定出一个合理的发电计划，并将这个计划实施，这一切主要是由于自然界中的风是不可控制的，是随机的，且很难根据实际进行准确评估。若我们把一个风力发电场看作是一个的负荷，因为风能的波动性，对于这个负的负荷我们并不能进行准确的评估；若我们把风力发电场看作是一个日常使用的电源，而它的有效性又无法得到保证。一般一个地区，并入该地区的风力发电不能超过该地区总电力的5%～10%，否则会给整个电网带来很大的影响。
4 结论
现在全球都面临一个严重的问题——能源短缺，各国政府及自己所能在开发新能源，而风力发电则是各国争先发展的新能源产业。风力发电没有任何污染，建设周期短，相比火力发电其成本低，对于我国来说，由于大型风力发电设备主要是进口，成本相对偏高，但随着我国大型风力发电设备国产化，将逐步降低风力发电成本。随着科技的进步，风力发电技术越来越成熟，这也将进一步促进风电的发展，从而为新能源发展，低碳生活作出更多的贡献。
作者：吴疆 江兴 胡媛媛
风力发电机并网应用论文 篇2：
风电机组低电压穿越及其实现对策探讨
【摘 要】电力系统对风电场接入电网时的要求愈来愈严苛，而低电压穿越被公认为风电机组设计及控制的难点，制约着风电机组的大规模应用，本文笔者结合多年实践简要探讨了风电机组低电压穿越的问题。
【关键词】风电;低电压穿越;应用设计
引 言
低电压穿越（LVRT，Low voltage ride through），指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而穿越这个低电压时区。所以，LVRT是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。
1、风机低电压穿越的要求
通俗而言，LVRT就是风电机组的端电压降低到一定值的情况下不脱离电网而继续维持运行，甚至继续为系统提供一定无功以帮助系统恢复电压的能力。具有低电压穿越能力的风力发电机能大大减少风电机组在故障时反复并网次数和对电网的冲击，因为其可躲过保护动作时间，故障切除后恢复正常运行。
在出现电网故障电压降低的情形下，具备了低电压穿越能力的风电机组则可尽最大可能与电网连接，延续电力运能，减轻电网波动。一般而言，230KV及以上高电压等级线路的故障，在6个周波(120ms)内被切除，100ms内电压可恢复到15%的正常水平，而1s内可恢复到75%的正常水平甚至更高的电压水准，低电压穿越能力实则是一种风电机组在故障电压短时间消失期间，能够保持持续运行的能力，但此后电压仍处在低压，则风电机组则将会被低压保护装置切除。
对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省级电网（区域级电网），则要求该电网区域内运行的风电场应具备低电压穿越能力。通常要求，风电场内的风电机组要具备在并网点电压跌至额定电压的20%时，能够保证不脱网连续运行625ms的能力；风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。此外，当电网发生三相短路故障引起的并网点电压跌落状况下、当电网发生两相短路故障引起的并网点电压跌落状况下、当电网发生单相接地短路故障引起的并网点电压跌落状况下，风电场并网点各线电压在规定电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须要具备保证不脱网连续运行的能力；风电场并网点任意相电压低于或部分低于规定电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。
2、低电压穿越方案
在当前技术条件下，通常通过三种方案来实现风电机组的低电压穿越，其一是引入新型拓扑结构；其二是采用转子短路保护技术；其三是采用合理的励磁控制算法。
在了解了电网电压突然降低对发电机造成的影响及后果后，我们就会知道为什么风电机组应该具备低电压穿越的能力。在电网故障出现时，发电机机端电压的突然降低，势必形成发电机绕组磁通的变化，在定子和转子侧都形成过流。在传统机组中，励磁系统可以通过强励方式把电压支撑在1 pu，可以支持短路点的短路电流，如果发生磁通突变，如果转子和定子的超载能力仍在过流数值之上，机组仍能保持造成运行。在系统发生故障后，LVRT能力可以保证风电机组的不间断并网运行，如果LVRT不具备，则发生电网电压跌落状况下，风机自身的保护系统动作会切断风机与电网的连接，电网电压会降的更低，这对电网而言无疑是雪上加霜的打击，严重情况下势必引发系统整体崩溃。
风电机组相对于传统机组而言，在低电压穿越时要考虑诸多因素，包括：附加的应力、转矩对机械部分造成损坏的可能性；电气、机械功率的不平衡对机组稳定运行的影响（若电网发送低电压穿越，由于电气、机械功率的不平衡会影响机组的稳定运行）；暂态过程引发的发电机过流问题，对机组器件的损坏性影响（暂态过程会导致发电机中出现过流，可能损坏器件，另外，附加的转矩、应力可能损坏机械部分）；机端电压支撑能力；高风速期间，输电网故障引起的大量风电切除会导致系统潮流的大幅变化，引发大面积的停电的肯能行，以及继而带来的频率稳定问题等。
3、低电压穿越的难点及实现对策
低电压穿越的难点主要体现在以下方面：首先是风电场、风电机组的低电压穿越能力的提升，势必会大幅度增加工程的造价，随着电网对LVRT要的越来越高，工程造价的提升幅度也一定会越来越大；其次，当电网电压跌落时，不同类型机组的暂态特性时不同的。就目前而言，风电市场上的机组类型大概有：FSIG、PMSG和DFIG，也即：直接并网的定速异步电机、同步直驱式风机、双馈异步式风机。
FSIG和DFIG的相同点是定子侧直接连接电网。那么该直接耦合模式就会使得电网电压的降落直接反映在电机定子端电压上，在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，而转子继续旋转，从而产生大滑差，势必造成转子绕组过压过流。如果风速高，即使切除了故障，DFIG的电磁转矩有所增加，对于电机转速的上升也不容易抑制，会使得吸收的无功功率继续增加，定子端电压下降，继而阻碍电网电压的恢复。
PMSG的定子经AC／DC／AC与电网相连，发电机和电网不存在直接耦合。瞬间降低的电网电压会导致输出功率减小，发电机的输出功率不变，这种功率不匹配引发直流母线电压升高。
FSIG机型较早，鼠笼式转子从电压跌落到恢复的时间内能承受短时过流而不会受损烧毁。故障发生后，利用快速变桨降低输入机械转矩，限制转速提升，加装无功补偿装置，实时进行无功补偿可解决；由于PMSG的定子经变流器接电网，与电网解耦，电网电压降落不会影响发电机，只会对网侧变流器的运行产生一定影响，允许网侧逆变器电流加大以输出更多的能量，改进变流器的过流和耐压值，提高直流电容的额定电压，储存额外电能，以此实现LVRT；DFIG受到小容量变流器制约会在电压跌落时受较大威胁，通过增大IGBT（转子变流器）电流容量，使得IGBT在短期内处理更大的电流容量和电流，且可以快速地恢复对双馈电机定子侧和电网之间的有功、无功功率的交换控制。
风力发电的发展趋势必定是建立更多具备低电压穿越能力的风电场。现行的低电压穿越技术仅能应对短时间的电压跌落，且还存在诸多不足。在我国，面对具体区域电网和具体接入点如何合理的运用低电压穿越技术，是摆在电网、风电运营商、和风机厂商面前亟待解决的共同课题。
参考文献
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[2]纪勇.风电并网对电网安全的影响[J].农村电气化. 2009(03)
[3]包能胜,徐军平,倪维斗.以大型风电场为核心的多能源互补发电系统[J]. 中国能源. 2006(08)
作者：彭湘玲
风力发电机并网应用论文 篇3：
风电并网中的储能技术研究
摘要：风电并网就是利用电网运行的大型风力发电机，并将这些风力发电机集中安装，形成一定的规模。本文首先介绍了风电并网中储能技术的特点，进而提出储能技术在风电并网中的应用策略，更好地改善风电并网发电中的储能技术，促进风电并网发电技术的更新，进一步的推动我国新能源事业的发展。
关键词：风电并网;储能技术;应用策略
引言：随着我国经济的快速发展以及综合实力的不断增强，电力体制也在不断改革和发展，清洁、环保的新能源风力发电成为了现在电力行业的主流发电方式。风电并网发电技术具有安全、高效的特点，因此完善风电并网中的储能技术，是提升风电并网发电效率的重要途径，同时还能更好地促进我国能源事业的进步。
1风电并网中储能技术的特点
风力资源是风电并网发电技术中的主要能源，由于风具有很强的波动性和间歇性的特点，因此，风电并网发电技术的电力输出也具有随机性和间歇性的特征。一方面，由于风电并网系统一直处在电网末端并且以规模化进行发展，规模较大的风电并网，会造成发电时间段较为固定和集中，因此受到风力资源的制约影响较大，例如：风场相近、风力特点差不多的情况下，发电的出力程度也大致相同，所以，若供电的时候风力较大，供电量就会比较强;若供电的时候风力较小，则供电量就会比较弱。
另一個方面，在我国目前的风电并网发电模式中，所包含的风电机组在设计时，是根据风力并网的强电模式来进行设计的，但是在实际的工作过程中，由于风电并网采用的是远距离操作方式，这样一来，就会造成电力网和电机组的连接情况不良、接触相对较弱。这种情况下，以往的电网故障应急方式和稳定性操控系统是无法进行及时、有效应对的，进而使电力系统在运行时具有一定的不稳定风险。基于此，为了保证风电并网发电方式的稳定性和安全性，电力企业对于风力发电机组并网做出了标准化的要求和规定，特别是对于无功调节能力、故障穿越、最大出力等关键内容，进行严格的监督和管控。
2风电并网中储能技术的应用策略
2.1提高低电压穿越能力
低电压穿越问题是风电并网发电技术中，最为重要的问题之一，它主要是影响了风电并网发电的稳定性。低电压穿越问题是指在风力发电机并网点电压下降的时候，风电机组接入公共连接点后风机依然能够保持并网，并且还可以向电网提供一定的无功功率，维持电网恢复工作，直到电网恢复正常运转[1]。基于此，相关工作人员可以通过改进调控策略和硬件配置这两种途径来解决这个问题，主要是从风电场和单台风机设备这两个角度作为切入点来开展工作。
一方面，改进调控策略时，是不需要对其他硬件设备进行改进和使用的，在开展工作时也相对比较简便。但是，在进行改进调控策略时，也伴随着一定的局限性，例如：在电网出现故障时，正在运行的风电机组就会出现暂态过电压和过电流的情况发生，这是由于瞬间过电能量不平衡而导致的。因此，在这种情况下改进调控策略是无法从根本上解决问题的，并且在电网出现故障时，还会伴随着暂态电能过多的问题，从而导致在一定的程度上是无法达到预期的效果的，改进调控策略这种方式主要是在故障电压不是很明显的情况下进行的。另一方面，就是实施硬件配置的方法，在使用这种方法时，可供选择的途径有很多，最终效果也比较理想，既可以当风电机组在PCC电压发生下滑时，依然可以保持风力并网状态，同时还可以向供电网提供无功功率，用来支撑电网电压;又可以防止电压下降而导致的风电机组产生过电流、过电压等问题的发生，突发的过电流、过电压会给风电机组带来一定冲击，进而对风电机组造成破坏。在利用增加硬件设备配置的方法来解决问题时，可以采用快速储能系统，以便于更能够获得较为理想的效果。
2.2平仰功率波动
在风电并网的发电过程中，对于出力的波动性的控制工作，一直都无法有效的进行开展，如果这个问题无法得到有效的解决，就会在一定程度上影响风电并网发电在经济性、电能质量和电网系统中的稳定性。在对大型的风力发电场中机组进行出力测试时，要充分考虑尾流效应、塔影效应等多种制约因素的影响。随着我国科学技术的不断发展，在使用储能系统对风电并网中出力波动性方面的调控，已经较为成熟了，而且可以以更加先进的方式来进行工作。
基于此，在解决问题时采用储能系统，并配合相应的调控策略，可以在一定程度上解决风电并网由于风力影响造成的出力问题，同时还能够控制风电输出功率过强的波动性。平仰功率波动，主要是通过对储能装置的电容器进行串并联，使用模糊理论进行协调和控制，来实现对在发电功率波动中的有效抑制，进而通过电池储能系统，提升风电场并网机组系统的稳定性以及改善电能质量。通过对部分风电并网进行的实验，可以充分证明了在风电并网系统中，配置储能容量的这种方法，十分具有有效性[2]。通过构建储能系统，能够平滑风电并网发电方式的功率曲线，实时监测和改善风电场负荷曲线的变化，对风电场的系统起到了平抑功率波动的作用。
2.3控制系统频率
供电网的频率与供电系统和用户的用电需求有着很大关联，所以，当发电和用电负荷相平衡时，频率一般保持在50赫兹左右;当发电容量超过负荷容量时，频率也会随之上升;当发电容量小于负荷容量时，频率则会下降。因此，为了保证供电网功率的稳定性，使电网在工作行过程中有效的保证电网质量，采用的主要手段是配备与风电发电容量相同的常规电厂进行旋转备用。由于供电网会受到控制信号滞缓、发电速度受限、调频器死区等方面问题的影响。同时，风力机组发电时功率会很快的变化，所以就会产生多台调频机组的运行效果相互抵消的现象，并且产生浪费电能、电网不安全的问题。因此，利用二次调频而配置的储能系统，可以准确、高效地控制功率输出，既能满足电网调频的标准要求，又能提高电网对可再生能源的接受能力，同时还可以实现正和反的双向调节功率的手段，合理的控制作用可以改善发电系统的调频特性，进而实现调频的双倍效应。
2.4提升系统的稳定性
风电并网系统的稳定性，就是指风电并网系统在运行过程中，受到一些因素的干扰和影响后，供电网可以通过自我调节，恢复到以前的运行状态，或者是转化为一种新的稳定状态，并且根据性质的不同，可以分成暂态稳定性和静态稳定性。风电机组构成的电力系统，不单是存在着负荷变化所引起的干扰，并且还有出力的不稳定变化而对系统造成的影响，最为严重的就是静态电压稳定性的问题。导致暂态稳定问题的原因，通常是在系统发生严重故障的情况下，风电机组在解决故障后，恢复额定电压并逐渐正常运行，但在发生故障后，由于风电机组无法及时的重新构建机端电压，从而导致运行过快而失去稳定性，这会对区域内电网产生一定的破坏性作用。因此，解决暂态稳定性的问题，要以模糊理论为基础，进行储能系统的控制策略，并在实施中对制动电阻、距角控制等要素进行对比，在风电并网的储能系统中，改善效果是十分的明显，有效地提高了系统内部的稳定性[2]。
结论：综上所述，风力资源作为我国的新能源，应该加强对其在发电工作中开发。而储能技术作为风电并网发电模式的基础保障，在工作过程中还存在着一些不足。因此，电力行业相关工作者应不断探索和创新出储能技术在风电并网中的应用策略，进一步加强我国电力事业和新能源事业的不断进步和发展。
参考文献：
[1] 王思渊.面向大规模可再生能源并网的储能规划研究[D].浙江大学，2019.
[2] 范淼.风电和储能联合运行的多维效应分析模型研究[D].华北电力大学（北京），2019.
[3] 褚鑫.混合储能系统参与风电并网一次调频的研究[D].上海电机学院，2019.
作者：姚兆林