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[摘要]我国的可开发风能资源位居世界第一，截止到2014年底我国的并网风力发电装机容量已达到9000万千瓦，相当于五个三峡水电站的装机容量，也是目前世界上开发风能资源最多的国家。随着风力发电比例的不断提升，为改善我国能源结构提供了很大的帮组，但大规模风力发电机组的并网发电，对电网也产生了前所未有的挑战，电网稳定性、大规模脱网事故、甚至有可能发生局部电力系统瓦解。因此风力发电机组大规模并网产生的问题就提上了最需要解决的日程。
[关键词]风力发电机组，并网技术，研究
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0119-01
前言：风能具有可再生、无污染等诸多优点，但由于它发展的时间不长，以及风力发电受外界因素影响较大的原因。在风力发电机组并网和脱网瞬间，会对局部电网电压产生冲击，使局部电网电压产生10%以上的波动，甚至引起大规模脱网现象的发生。所以本研究探讨的重点便是在风力发电容量逐渐增大的过程中，如何为用户提供稳定、安全的清洁能源。
1.关于风力发电机组并网方式的简介。
随着我国风力发电技术的不断成熟，风能在我国清洁能源占比中逐渐提升。根据目前风力发电机组的并网方式，主要可以分为两种：即同步风力发电机组与异步风力发电机组，以下将分别介绍这两种风力发电机组的并网方式。
1.1同步风力发电机与电网并联合闸前，为了避免电流冲击和转轴受到突然的扭矩，需要满足以下条件：风力发电机的端电压等于电网电压；风力发电机的频率等于电网频率；风力发电机的相序与电网的相序相同。同步风力发电机在运行中既能输出有功功率，又能提供无功功率，输出的电能质量较高，但为了实现同步风力发电机的并网运行，需要有一个较大功率的变频器来作为前提，通过变频器的调节使得并网时其调速性能达到期望的精度，因此并网所需要的控制系统，成本较为昂贵，目前金风科技在我国同步风力发电机的研制和生产方面走到了国际领先水平，金风1.5MW和2.5MW直驱风机得到了广泛应用。
1.2异步风力发电机组与同步风力发电机组的并网不同，异步风力发电机组的并网不需要同步操作，只要相位、频率、电压大小在一定的范围内，便可以实现并网发电，最为重要的是与同步风力发电机组相比，异步风力发电机组并网在发电的过程中很稳定，所以目前大多數风力发电机组为异步风力发电机和双馈异步风力发电机。
1.2.1异步风力发电机组采用软启动并网方式，即采用双向晶闸管控制的软投入法，当风力机将发电机带到同步速附近时，发电机输出端的断路器闭合，使发电机经一组双向晶闸管与电网联接，双向晶闸管触发角逐渐增大。通过电流反馈对双向晶闸管导通角的控制，将并网时的冲击电流限制在很小范围以内，从而得到一个比较平滑的并网过程。瞬态过程结束后，微处理机发出信号，利用一组开关将双向晶闸管短接，从而结束了风力发电机并网过程，该机型风功率曲线较差，对风能资源的利用率不高，随着风电技术的不断发展会逐渐退出历史舞台，典型机型有金风750Kw风机。
1.2.2双馈异步风力发电机系统的并网方式：双馈发电机定子三相绕组直接与电网相联，转子绕组经交直交变频器联入电网。这种系统并网运行的特点是：风力机起动后带动发电机至接近同步转速时，由变频器控制进行电压匹配、同步和相位控制，以便迅速地并入电网，并网时基本上无电流冲击。对于无初始起动转矩的风力机，风力发电机组在静止状态下的起动可由双馈电机运行于电动机工况来实现。风力发电机的转速可随风速及负荷的变化及时作出相应的调整，使风力机以最佳叶尖速比运行，产生最大的电能输出。双馈发电机励磁可调量有三个，即励磁电流的频率、幅值和相位。调节励磁电流的频率，保证风力发电机在变速运行的情况下发出恒定频率的电力；通过改变励磁电流的幅值和相位，可达到调节输出有功功率和无功功率的目的。当转子电流相位改变时，由转子电流产生的转子磁场在电机气隙空间的位置有一个位移，从而改变了双馈电机定子电势与电网电压向量的相对位置，也即改变了电机的功率角，所以调节励磁不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。双馈异步风力发电机采用交直交并网变流器是并网风力发电机组的关键控制环节，是一种集电力电子、现代控制理论及新能源应用技术于一体的高新技术产品。该产品应用空间矢量控制、最大功率寻优、非线性解耦控制、模糊控制等现代电力电子及控制技术实现了风机的变速恒频并网发电控制。具有风速适应范围宽、风能转化效率高、可靠性高、谐波小、可调节电网功率因数等特点，特别适于对采用双馈异步风力发电机的并网控制。
2.风力发电机组并网之后需要注意的要点。
2.1关于电网稳定性的问题。风电场风速扰动除引起风电功率的波动外，还将导致电网电压的波动和频率的起伏，特别是阵风和渐变风的影响。波动的幅度不仅与风电功率大小，而且与风电场分布和变化特性等有关。目前并网运行的风力发电机大多为异步发电机，机组启动时从电网大量吸收无功，并网瞬间产生的冲击电流为额定电流的2～3倍，造成电网电压水平降低，随着风电机无功补偿电容器组的相继投入，电网电压将逐渐得到恢复；脱网时又将引起电网电压升高，一般可达4%，严重时可能超过10%；风电场的并网运行，由于其风力的不可控，将对电网运行的稳态频率产生一定影响，影响程度与风电在系统中所占的比重和电网调频能力有关。因此在风力发电大规模并网运行时，无功补偿和调频能力应做出相应匹配，为今后电网的稳定运行做好应有的保障。
2.2关于谐波污染的问题。风电给系统带来谐波的途径主要有两种：一种是风力发电机本身配备的电力电子装置，可能带来谐波问题。对于直接和电网相连的恒速风力发电机，软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连，因此会产生一定的谐波，不过因为过程很短，发生的次数也不多，通常可以忽略。但是对于变速风力发电机则不然，因为变速风力发电机通过整流和逆变装置接入系统，如果电力电子装置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，则会产生很严重的谐波问题，不过随着电力电子器件的不断改进，这一问题也在逐步得到解决。另一种是风力发电机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振，在实际运行中，曾经观测到在风电场出口变压器的低压侧产生大量谐波的现象。与电压闪变问题相比，风电并网带来的谐波问题不是很严重。
在本研究中，主要探讨了风力发电机组的三种并网方式，指出了各自的优缺点。电力是人们日常生活中必不可少的一部分，目前传统的发电方式已经不能满足社会的发展，首先对于风力发电机组的并网方式进行了介绍，然后介绍了风力发电机组并网需要关注的要点，风能是我国清洁能源发展的一个重要方向，不断地优化风力发电机组的并网技术，将会为人们的生活带来更多的便利。
[关键词]风力发电机组，并网技术，研究
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0119-01
前言：风能具有可再生、无污染等诸多优点，但由于它发展的时间不长，以及风力发电受外界因素影响较大的原因。在风力发电机组并网和脱网瞬间，会对局部电网电压产生冲击，使局部电网电压产生10%以上的波动，甚至引起大规模脱网现象的发生。所以本研究探讨的重点便是在风力发电容量逐渐增大的过程中，如何为用户提供稳定、安全的清洁能源。
1.关于风力发电机组并网方式的简介。
随着我国风力发电技术的不断成熟，风能在我国清洁能源占比中逐渐提升。根据目前风力发电机组的并网方式，主要可以分为两种：即同步风力发电机组与异步风力发电机组，以下将分别介绍这两种风力发电机组的并网方式。
1.1同步风力发电机与电网并联合闸前，为了避免电流冲击和转轴受到突然的扭矩，需要满足以下条件：风力发电机的端电压等于电网电压；风力发电机的频率等于电网频率；风力发电机的相序与电网的相序相同。同步风力发电机在运行中既能输出有功功率，又能提供无功功率，输出的电能质量较高，但为了实现同步风力发电机的并网运行，需要有一个较大功率的变频器来作为前提，通过变频器的调节使得并网时其调速性能达到期望的精度，因此并网所需要的控制系统，成本较为昂贵，目前金风科技在我国同步风力发电机的研制和生产方面走到了国际领先水平，金风1.5MW和2.5MW直驱风机得到了广泛应用。
1.2异步风力发电机组与同步风力发电机组的并网不同，异步风力发电机组的并网不需要同步操作，只要相位、频率、电压大小在一定的范围内，便可以实现并网发电，最为重要的是与同步风力发电机组相比，异步风力发电机组并网在发电的过程中很稳定，所以目前大多數风力发电机组为异步风力发电机和双馈异步风力发电机。
1.2.1异步风力发电机组采用软启动并网方式，即采用双向晶闸管控制的软投入法，当风力机将发电机带到同步速附近时，发电机输出端的断路器闭合，使发电机经一组双向晶闸管与电网联接，双向晶闸管触发角逐渐增大。通过电流反馈对双向晶闸管导通角的控制，将并网时的冲击电流限制在很小范围以内，从而得到一个比较平滑的并网过程。瞬态过程结束后，微处理机发出信号，利用一组开关将双向晶闸管短接，从而结束了风力发电机并网过程，该机型风功率曲线较差，对风能资源的利用率不高，随着风电技术的不断发展会逐渐退出历史舞台，典型机型有金风750Kw风机。
1.2.2双馈异步风力发电机系统的并网方式：双馈发电机定子三相绕组直接与电网相联，转子绕组经交直交变频器联入电网。这种系统并网运行的特点是：风力机起动后带动发电机至接近同步转速时，由变频器控制进行电压匹配、同步和相位控制，以便迅速地并入电网，并网时基本上无电流冲击。对于无初始起动转矩的风力机，风力发电机组在静止状态下的起动可由双馈电机运行于电动机工况来实现。风力发电机的转速可随风速及负荷的变化及时作出相应的调整，使风力机以最佳叶尖速比运行，产生最大的电能输出。双馈发电机励磁可调量有三个，即励磁电流的频率、幅值和相位。调节励磁电流的频率，保证风力发电机在变速运行的情况下发出恒定频率的电力；通过改变励磁电流的幅值和相位，可达到调节输出有功功率和无功功率的目的。当转子电流相位改变时，由转子电流产生的转子磁场在电机气隙空间的位置有一个位移，从而改变了双馈电机定子电势与电网电压向量的相对位置，也即改变了电机的功率角，所以调节励磁不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。双馈异步风力发电机采用交直交并网变流器是并网风力发电机组的关键控制环节，是一种集电力电子、现代控制理论及新能源应用技术于一体的高新技术产品。该产品应用空间矢量控制、最大功率寻优、非线性解耦控制、模糊控制等现代电力电子及控制技术实现了风机的变速恒频并网发电控制。具有风速适应范围宽、风能转化效率高、可靠性高、谐波小、可调节电网功率因数等特点，特别适于对采用双馈异步风力发电机的并网控制。
2.风力发电机组并网之后需要注意的要点。
2.1关于电网稳定性的问题。风电场风速扰动除引起风电功率的波动外，还将导致电网电压的波动和频率的起伏，特别是阵风和渐变风的影响。波动的幅度不仅与风电功率大小，而且与风电场分布和变化特性等有关。目前并网运行的风力发电机大多为异步发电机，机组启动时从电网大量吸收无功，并网瞬间产生的冲击电流为额定电流的2～3倍，造成电网电压水平降低，随着风电机无功补偿电容器组的相继投入，电网电压将逐渐得到恢复；脱网时又将引起电网电压升高，一般可达4%，严重时可能超过10%；风电场的并网运行，由于其风力的不可控，将对电网运行的稳态频率产生一定影响，影响程度与风电在系统中所占的比重和电网调频能力有关。因此在风力发电大规模并网运行时，无功补偿和调频能力应做出相应匹配，为今后电网的稳定运行做好应有的保障。
2.2关于谐波污染的问题。风电给系统带来谐波的途径主要有两种：一种是风力发电机本身配备的电力电子装置，可能带来谐波问题。对于直接和电网相连的恒速风力发电机，软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连，因此会产生一定的谐波，不过因为过程很短，发生的次数也不多，通常可以忽略。但是对于变速风力发电机则不然，因为变速风力发电机通过整流和逆变装置接入系统，如果电力电子装置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，则会产生很严重的谐波问题，不过随着电力电子器件的不断改进，这一问题也在逐步得到解决。另一种是风力发电机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振，在实际运行中，曾经观测到在风电场出口变压器的低压侧产生大量谐波的现象。与电压闪变问题相比，风电并网带来的谐波问题不是很严重。
在本研究中，主要探讨了风力发电机组的三种并网方式，指出了各自的优缺点。电力是人们日常生活中必不可少的一部分，目前传统的发电方式已经不能满足社会的发展，首先对于风力发电机组的并网方式进行了介绍，然后介绍了风力发电机组并网需要关注的要点，风能是我国清洁能源发展的一个重要方向，不断地优化风力发电机组的并网技术，将会为人们的生活带来更多的便利。