电气工程新技术专题
题 目： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师：风能是一种清洁、实用、经济和环境友好的可再生能源，与其他可再生能源一道，可以为人类发展提供可持续的能源基础。在未来能源系统中，风电具有重
要的战略地位。风力发电是一种技术最成熟的可再生能源利用方式，其发电原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。风力发电所需要的装置称作风力发电机组，大体可分风轮（包括尾舵）、发电机和铁塔三部分。
风力发电有两种不同的类型，即：独立运行的——离网型和接入电力系统运行的——并网型。离网型的风力发电规模较小，通过蓄电池等储能装置或者与其他能源发电技术相结合（如风电/水电互补系统、风电——柴油机组联合供电系统）可以解决偏远地区的供电问题。并网型的风力发电是规模较大的风力发电场，容量大约为几兆瓦到几百兆瓦，由几十台甚至成百上千台风电发电机组构成。并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑，更加充分的开发可利用的风力资源，是国内外风力发电的主要发展方向。
并网型风力发电系统是指风电机组与电网相联，向电网输送有功功率，同时吸收或者发出无功功率的风力发电系统，一般包括风电机组（含传动系统、偏航系统、液压与制动系统、发电机、控制和安全系统等）、线路、变压器等。
并网型风力发电机组可分为恒速频风发电系统和变速恒频发电系统。目前国内外普遍使用的是水平轴、上风向、定桨距（或变桨距）风力机，其有效风速范围约为3~30m/s，额定风速一般设计为8~15m/s，风力机的额定转速大约为20~30转/分钟。
变速恒频风力发电系统的发展依赖于大容量电力电子技术的成熟，从结构和运行方面可分为直接驱动的同步发电机系统和双馈感应发电机系统，在风力机直接驱动同步发电机构成的变速恒频发电系统中，风力机直接与发电机相连，不需要齿轮箱升速，发电机输出电压的频率随转速变化，通过交-直-交或交-交变频器与电网相联，在电网侧得到频率恒定的电压。双馈感应风力发电机组的基本结构包括绕线式异步发电机、变频器和控制环节，其定子绕组直接接入电网，转子采用三相对称绕组，经背靠背的双向电压源变频器与与电网相连，给发电机提供交流励磁，励磁频率即为发电机的转差频率。
变速恒频风力发电机组实现了发电机转速与电网频率的解耦，降低了风力发
电与电网之间的相互影响，但是它结构复杂、成本高、技术难度大。至今仍不是风力发电设备的主流。但是随着电力电子技术的发展，变速恒频风力发电技术也将进一步成熟。特别是双馈感应发电机，不仅改善了风电机组的运行性能，而且大大降低了变频器的容量，将会成为今后风力发电设备的主要选择。系统中，一方面，风电机组直接与电网相耦合，风电的特性将直接对电网产生影响，另一方面，其发电设备为异步发电机，它的运行需要无功电源的支持，加重了电网的无功负担，使系统的潮流分布更加复杂。因此它的并网运行将给系统的规划、设计和运行带来许多不同于常规能源发电的新问题，随着风力发电规模的不断扩大，这些问题将愈加突出。针对恒速恒频风力发电系统，国内外学者和工程技术人员的研究和试验表明，风电场并入电网还会面临以下一些技术问题：
1) 对电能质量的影响
风速变化、湍流以及风力机尾流效应造成的紊流会引起风电功率的波动和风电机组的频繁启停；风机的杆塔遮蔽效应使风电机组输出功率存在周期性的脉动。功率的变化将会使电网频率在一定范围波动，影响电网中频率敏感负荷的正常工作。
2) 对稳定性的影响
风力发电通常接入到电网的末端，改变了配电网功率单向流动的特点，使潮流流向和分布发生改变，这在原有电网的规划和设计时是没有预先考虑的。因此，随着风电注入功率的增加，风电场附近局部电网的电压和联络线功率将会超出安全范围，严重时会导致电压崩溃。
3) 并网过程对电网的冲击
风力发电机组与大电网并联时，合闸瞬间的冲击电流对发电机及电网系统安全运行不会有太大影响。但对小容量的电网而言，风电场并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。
4) 对保护装置的影响
为了减小风电机组的频繁投切对接触器的损害，在有风期间风电机组都保持与电网相连，当风速在起动风速附近变化时，允许风电机组短时电动机运行，因此风电场与电网之间联络线的功率流向有时是双向的。因此，风电场继电保护装
置的配置和整定应充分考虑到这种运行方式。
风力发电技术的发展，使得风力发电的成本进一步降低，其在电力市场中所占份额得以提高，具备了和常规能源竞争的能力，加快了世界能源结构的优化。然而，如何更加有效的利用风能、提高风力发电系统的效率、减小并网冲击和电力谐波、提高功率因数也给风力发电系统的控制技术提出了更高的要求，是目前风力发电系统研究的重要课题之一。
电气工程新技术专题
题 目： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师：风能是一种清洁、实用、经济和环境友好的可再生能源，与其他可再生能源一道，可以为人类发展提供可持续的能源基础。在未来能源系统中，风电具有重
要的战略地位。风力发电是一种技术最成熟的可再生能源利用方式，其发电原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。风力发电所需要的装置称作风力发电机组，大体可分风轮（包括尾舵）、发电机和铁塔三部分。
风力发电有两种不同的类型，即：独立运行的——离网型和接入电力系统运行的——并网型。离网型的风力发电规模较小，通过蓄电池等储能装置或者与其他能源发电技术相结合（如风电/水电互补系统、风电——柴油机组联合供电系统）可以解决偏远地区的供电问题。并网型的风力发电是规模较大的风力发电场，容量大约为几兆瓦到几百兆瓦，由几十台甚至成百上千台风电发电机组构成。并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑，更加充分的开发可利用的风力资源，是国内外风力发电的主要发展方向。
并网型风力发电系统是指风电机组与电网相联，向电网输送有功功率，同时吸收或者发出无功功率的风力发电系统，一般包括风电机组（含传动系统、偏航系统、液压与制动系统、发电机、控制和安全系统等）、线路、变压器等。
并网型风力发电机组可分为恒速频风发电系统和变速恒频发电系统。目前国内外普遍使用的是水平轴、上风向、定桨距（或变桨距）风力机，其有效风速范围约为3~30m/s，额定风速一般设计为8~15m/s，风力机的额定转速大约为20~30转/分钟。
变速恒频风力发电系统的发展依赖于大容量电力电子技术的成熟，从结构和运行方面可分为直接驱动的同步发电机系统和双馈感应发电机系统，在风力机直接驱动同步发电机构成的变速恒频发电系统中，风力机直接与发电机相连，不需要齿轮箱升速，发电机输出电压的频率随转速变化，通过交-直-交或交-交变频器与电网相联，在电网侧得到频率恒定的电压。双馈感应风力发电机组的基本结构包括绕线式异步发电机、变频器和控制环节，其定子绕组直接接入电网，转子采用三相对称绕组，经背靠背的双向电压源变频器与与电网相连，给发电机提供交流励磁，励磁频率即为发电机的转差频率。
变速恒频风力发电机组实现了发电机转速与电网频率的解耦，降低了风力发
电与电网之间的相互影响，但是它结构复杂、成本高、技术难度大。至今仍不是风力发电设备的主流。但是随着电力电子技术的发展，变速恒频风力发电技术也将进一步成熟。特别是双馈感应发电机，不仅改善了风电机组的运行性能，而且大大降低了变频器的容量，将会成为今后风力发电设备的主要选择。系统中，一方面，风电机组直接与电网相耦合，风电的特性将直接对电网产生影响，另一方面，其发电设备为异步发电机，它的运行需要无功电源的支持，加重了电网的无功负担，使系统的潮流分布更加复杂。因此它的并网运行将给系统的规划、设计和运行带来许多不同于常规能源发电的新问题，随着风力发电规模的不断扩大，这些问题将愈加突出。针对恒速恒频风力发电系统，国内外学者和工程技术人员的研究和试验表明，风电场并入电网还会面临以下一些技术问题：
1) 对电能质量的影响
风速变化、湍流以及风力机尾流效应造成的紊流会引起风电功率的波动和风电机组的频繁启停；风机的杆塔遮蔽效应使风电机组输出功率存在周期性的脉动。功率的变化将会使电网频率在一定范围波动，影响电网中频率敏感负荷的正常工作。
2) 对稳定性的影响
风力发电通常接入到电网的末端，改变了配电网功率单向流动的特点，使潮流流向和分布发生改变，这在原有电网的规划和设计时是没有预先考虑的。因此，随着风电注入功率的增加，风电场附近局部电网的电压和联络线功率将会超出安全范围，严重时会导致电压崩溃。
3) 并网过程对电网的冲击
风力发电机组与大电网并联时，合闸瞬间的冲击电流对发电机及电网系统安全运行不会有太大影响。但对小容量的电网而言，风电场并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。
4) 对保护装置的影响
为了减小风电机组的频繁投切对接触器的损害，在有风期间风电机组都保持与电网相连，当风速在起动风速附近变化时，允许风电机组短时电动机运行，因此风电场与电网之间联络线的功率流向有时是双向的。因此，风电场继电保护装
置的配置和整定应充分考虑到这种运行方式。
风力发电技术的发展，使得风力发电的成本进一步降低，其在电力市场中所占份额得以提高，具备了和常规能源竞争的能力，加快了世界能源结构的优化。然而，如何更加有效的利用风能、提高风力发电系统的效率、减小并网冲击和电力谐波、提高功率因数也给风力发电系统的控制技术提出了更高的要求，是目前风力发电系统研究的重要课题之一。