发电并网范文

发电并网范文（精选11篇）

发电并网 第1篇

关键词：风力发电,光伏发电,并网问题

0引言

风力发电是根据自然界的风力进行供电的一种方式, 而光伏发电是直接对太阳能进行使用的一种方式, 对于这两种新型能源提供方式来说, 其对于我国能源的节约以及环境的保护都具有积极的意义。但是, 由于这两种能源同我国传统使用的能源类型相比具有一定的差异, 就使其在实际调度以及运行的过程中难免会存在一定的问题, 对此, 就需要我们能够对这部分问题产生的原因进行良好地掌握, 从而更好地找寻解决的办法。

1风力发电和光伏发电并网过程中所存在的问题

对于光伏以及风力发电来说, 其所具有的发电功率波动都较大, 且具有较大的不确定性。对于使用风力以及光伏发电, 容量较大的系统就需要具有更高的发电备用容量以及输电网络容量。但是, 即使具备这部分条件其在并网的过程依然会出现一定的问题:

1.1孤岛效应所谓孤岛效应, 就是如果电力企业在实际供电的过程中由于维修以及出现故障而使电力出现了中断的现象, 那么用户端的发电系统却不能够及时地对这种停电行为进行检测, 从而将自身切离市电网络, 进而将周围的光伏以及风力发电网络形成一种脱离电力企业掌控的一个孤岛, 而出现这种情况的频率也会随着光伏以及电力发电量的增大而增大。如果出现了这种孤岛效应, 那么就很可能对电力企业线路的维修以及工作人员造成威胁;使配电系统中的保护开关动作程度受到影响, 并很可能会由于出现较大的冲击电流而对电力系统中设备的安全运行造成威胁;因为孤岛区域所存在的频率以及电压的波动性使系统设备受到危害等等。

1.2可靠性问题对于光伏以及风力发电方式来说, 其在实际应用过程中还存在着一定的不可靠性, 其主要表现为:首先, 当电力系统出现停电情况时间, 就会使光伏以及风力发电工作也会暂停, 不能够良好地提升供电工作的可靠性;其次, 如果两者在继电保护方面没有进行良好的落实, 那么也会使继电保护出现误动作的情况, 也会对可靠性产生影响;最后, 如果在安装环节中没有选择好两者的连接方式以及安装地点, 也会对整个系统的可靠性产生影响。而对其产生影响最大的就是风速灰根据天气所存在的随机性, 以及光照根季节以及天气所存在的不稳定情况, 从而使通过这两种方式进行供电的系统电压情况变化较大, 不能够使我们很好地对其进行预测。

1.3电网效益问题对于光伏以及风力发电方式来说, 其在接入系统之后可以将配网中原有的部分设备变成备用以及闲置的状态, 比如在这两种发电方式运行的过程中, 同配电系统相连接的电缆线路以及配电变压器往往会由于自身所具有的负荷情况较小而出现轻载的情况, 从而直接使配电设备成为两种新能源发电方式的备用设备, 进而造成整个配电网的成本增加、效益降低的情况。

2风力发电和光伏发电并网问题的解决措施

2.1构建风力发电和光伏发电系统的研究验证环境

2.1.1建模研究与验证环境对于风力发电和光伏发电系统来说, 需要能够首先对其发电系统的特性进行研究, 并在相应的电力分析软件中对这两种发电系统建立起全面的动态以及静态模型, 并将光伏发电同控制器的两种特性进行全面的比较, 并在比较的基础上建立起一套完善且全面的风力发电和光伏发电控制系统模型, 从而通过在电力软件对这两种发电系统所具有的供电能力进行计算的基础上, 为后续风力及光伏发电的验证以及测试打好基础。

2.1.2仿真实验环境在对风力及光伏发电系统进行建模研究之后, 也需要能够适时地对风力及光伏发电典型的案例进行研究, 并对典型案例的发电系统、运行方式、故障场景以及对其进行控制的措施进行研究分析, 之后再对这部分案例进行仿真计算, 从而能够通过这种方式不断地积累相关经验, 并以建立专门数据库的形式将这部分成功的参数以及做法为后续工作的开展作出保障。

2.2深入研究风力及光伏发电系统同电网共同作用的机理当风力及光伏发电网络通过微网的方式同电网进行连接之后, 两者间所具有的作用情况则是十分复杂的, 且会对电网的运行特性产生较大的影响。而对于这种情况来说, 则需要能够通过全新的方式对影响情况进行分析, 并且需要通过全新的分析方式对配电系统的稳定性以及同微网之间的影响进行研究, 从而通过这种形式来找出主网同微网之间所存在的本质区别以及发展的方式。

2.3研究新型配电系统的方式在对风力及光伏发电并网工作所具有的特点进行一定的掌握之后, 则需要对配电系统的方法以及规划理论进行一定的研究。首先, 需要找出风力及光伏发电电源的优化位置、容量以及选址情况, 从而以此为基础进一步地对风力及光伏发电的控制方式、并网方式以及接入位置等等进行研究, 并更好地分析电网对于电压波动以及电压谐波所产生的影响。而在实际开展规划的过程中, 也需要能够充分地对风力及光伏发电在电网运行过程中的合理性进行考虑, 并对其影响进行评估, 从而在电力系统的层面上保证整个配电网络能够以一种环保、经济、安全的方式运行。

2.4风力及光伏发电电网运行的控制设备及技术

2.4.1对于光伏发电系统而言, 其通过微网接入到系统之中, 从而以一种非常彻底的方式对系统故障原有的特征进行了改变, 而这也会使电网在出现故障后一系列电气量方面具有了非常复杂的变化, 而以往经常使用的故障检测方法以及保护方式也会因此而受到较大的影响, 对此, 就需要我们能够努力地根据实际情况, 在今后不断地研究新的电网保护方式以及新技术。

2.4.2当整个电网系统出现故障时, 并网分布式电源则会同主网断开, 并能够继续以独立运行的方式向本地符合继续进行供电。而面对这种情况, 为了能够更好地保障用电的质量以及安全, 就需要我们能够及时地对这种孤岛情况进行检测, 并对这种孤岛同系统所分离的部分实行适合的调控措施, 并在整个系统故障解决、恢复运行之后再继续以并网的方式运行。同时, 还需要我们能够努力研制出更及时、更准确的孤岛检测方式, 以及在紧急状态下对于孤岛进行划分的优化技术, 从而能够在系统产生故障时能够更好地对故障进行切除、更好地恢复供电。

3结束语

总的来说, 电力是我国目前社会以及经济发展过程中非常重要的一个环节, 而风力及光伏发电则更是保障我国电力事业良好发展、保护我国环境以及能源的有效方式, 需要我们能够对其引起充分的重视。在上文中, 对于风力及光伏发电的并网问题以及解决措施进行了一定的研究分析, 而在实际操作的过程中, 也需要能够充分地联系实际, 并以新知识、新技术的应用来保障风力及光伏发电技术能够更好地为我们所服务。

参考文献

[1]杨卫东, 薛峰, 徐泰山, 方勇杰, 李碧君.光伏并网发电系统对电网的影响及相关需求分析[J].水电自动化与大坝监测, 2009 (04) :35-39.

[2]周艳荣, 张巍, 宋强.国内外海上风电发展现状及海域使用中的有关问题分析[J].海洋开发与管理, 2011 (07) :101-103.

[3]李静, 孙亚胜.模糊网络分析在海上风电项目风险评价中的应用[J].辽宁工程技术大学学报 (自然科学版) , 2011 (01) :96-99.

[4]周超, 朱熀秋, 魏杰, 周令康, 黄振跃.我国风力发电发展现状和问题分析[J].能源研究与信息, 2012 (02) :69-75.

风力发电机组的并网 第2篇

（时间:2007-10-9 23:28:46 共有

来源：风力发电机组的控制技术

当平均风速高于3m/s时，风轮开始逐渐起动；风速继续升高，当v>4m/s时，机组可自起动直到某一设定转速，此时发电机将按控制程序被自动地联入电网。一般总是小发电机先并网；当风速继续升高到7～8m/s，发电机将被切换到大发电机运行。如果平均风速处于8～20m/s，则直接从大发电机并网。发电机的并网过程，是通过三相主电路上的三组晶闸管完成的。当发电机过渡到稳定的发电状态后，与晶闸管电路平行的旁路接触器合上，机组完成并网过程，进入稳定运行状态。为了避免产生火花，旁路接触器的开与关，都是在晶闸管关断前进行的。

(一)大小发电机的软并网程序

1)发电机转速已达到预置的切人点，该点的设定应低于发电机同步转速。

2)连接在发电机与电网之间的开关元件晶闸管被触发导通(这时旁路接触器处于断开状态)，导通角随发电机转速与同步转速的接近而增大，随着导通角的增大，发电机转速的加速度减小。

3)当发电机达到同步转速时，晶闸管导通角完全打开，转速超过同步转速进入发电状态。

4)进入发电状态后，晶闸管导通角继续完全导通，但这时绝大部分的电流是通过旁路接触器输送给电网的，因为它比晶闸管电路的电阻小得多。

并网过程中，电流一般被限制在大发电机额定电流以下，如超出额定电流时间持续3.0s，可以断定晶闸管故障，需要安全停机。由于并网过程是在转速达到同步转速附近进行的，这时转差不大，冲击电流较小，主要是励磁涌流的存在，持续30～40ms。因此无需根据电流反馈调整导通角。晶闸管按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、180°导通角依次变化，可保证起动电流在额定电流以下。晶闸管导通角由0°大到180°完全导通，时间一般不超过6s，否则被认为故障。晶闸管完全导通1s后，旁路接触器吸合，发出吸合命令1s内应收到旁路反馈信号，否则旁路投入失败，正常停机。在此期间，晶闸管仍然完全导通，收到旁路反馈信号后，停止触发，风力发电机组进入正常运行。

(二)从小发电机向大发电机的切换

为提高发电机运行效率，风力发电机采用了双速发电机。低风速时，小发电机工作，高风速时，大发电机工作。小发电机为6极绕组，同步转速为43人次浏览）无图

1000r/min，大发电机为4极绕组，同步转速1500r/min小发电机向大发电机切换的控制，一般以平均功率或瞬时功率参数为预置切换点。例如NEGMicon 750kW机组以10min平均功率达到某一预置值P1或4min平均功率达到预置值P2为切换依据。采用瞬时功率参数时，一般以5min内测量的功率值全部大于某一预置值P1，或lmin内的功率全部大于预置P2值作为切换的依据。

执行小发电机向大发电机的切换时，首先断开小发电机接触器，再断开旁路接触器。此时，发电机脱网，风力将带动发电机转速迅速上升，在到达同步转速1500r/min附近时，再次执行大小发电机的软并网程序。

(三)大发电机向小发电机的切换

当发电机功率持续10min内低于预置值P3时,或10min内平均功率低于预置值P4时，将执行大发电机向小发电机的切换。

首先断开大发电机接触器，再断开旁路接触器。由于发电机在此之前仍处于出力状态，转速在1500r/min以上，脱网后转速将进一步上升。由于存在过速保护和计算机超速检测，因此，应迅速投入小发电机接触器，执行软并网，由电网负荷将发电机转速拖到小发电机额定转速附近。只要转速不超过超速保护的设定值，就允许执行小发电机软并网。

由于风力机是一个巨大的惯性体,当它转速降低时要释放出巨大的能量，这些能量在过渡过程中将全部加在小发电机轴上而转换成电能，这就必然使过渡过程延长。为了使切换过程得以安全、顺利地进行，可以考虑在大发电机切出电网的同时释放叶尖扰流器，使转速下降到小发电机并网预置点以下，再由液压系统收回叶尖扰流器。稍后，发电机转速上升，重新切人电网。国产FD23—200/40kW风力发电机组便是采用这种方式进行切换的。

NEGMicon750/200kW风力发电机组也是采用这种方式进行切换的。

(四)电动机起动

电动机起动是指风力发电机组在静止状态时，把发电机用作电动机将机组起动到额定转速并切人电网。电动机起动目前在大型风力发电机组的设计中不再进入自动控制程序。因为气动性能良好的桨叶在风速v>4m／s的条件下即可使机组顺利地自起动到额定转速。

洁净能源发电并网系统调度综述 第3篇

【关键词】洁净能源发电；调度模型；解算算法

【中图分类号】P754.1【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0408-02

0 引言

随着社会产业的发展的不断提高，能源需求的不断增长使得传统能源如煤炭、石油、天然气等资源日趋枯竭。目前，风电为代表的洁净能源发电已受到人们格外青睐，同时，在这样一种大背景下，太阳能发电也正在经历着前所未有的应用和发展速度。

解决大规模洁净能源发电并网系统调度问题对我国电力事业的发展意义深远而重大。在世界范围内发展大规模洁净能源发电并网运行是改善电源布局和优化电力结构的理想选择，也是实现可持续电力供应的理想模式。因此，解决洁净能源发电的调度问题对于实现大规模洁净能源发电并网和经济、合理运行具有决定性的作用。

1 国内外研究现状

目前，在国外洁净能源技术已经成熟，最近几年，风电的发展在国内也已经达到了一定的水平，因此，国内外对风电并网系统调度问题的研究也已经取得了一定的成果并正在不断完善。

国内外对系统优化调度模型及其解算算法的研究起步较早，研究成果也相当丰富。文献[1]提出了一种计及风电环境效益，风电备用容量成本和火电机组环境补偿成本的基于最小购电成本最小为目标函数的调度模型，使用新型智能技术遗传算法对调度模型进行解算，调度结果经济合理、经济。文献[2]构建了一种包含分布式电源的电网调度模型，并开发了相应的求解算法。通过一个具体的算例研究了分布式电源对电力系统的线损以及各节点的边际电价的影响，表明分布式电源能够有效降低线损和阻塞，为用户提供足够的电力，保障供电可靠性。当风电、光伏发电等洁净能源发电作为分布式电源接入电网时，该文所采用的调度模型具有重大参考价值。文献[3]以风电场的短期风速预测为基础，针对风力发电不同接入容量对电力系统稳定性影响的不同，建立含有风电场的电力系统经济调度模型，并使用了先进的优化算法，调度结果较精确、可信。文献[4]对水电调度模型进行了深入的研究论述，以发电量最大为目标建立了优化的调度模型，提出了双决策变量线性调度函数，并讨论了双决策线性函数建立的方法和决策规则的确定。文献[5]基于机会约束规划提出了一种新的水火电力系统短期优化调度的不确定性模型。允许所形成的调度方案在某些比较极端的情况下不满足约束条件，但这种情况发生的概率必须小于某一置信水平。兼顾日前交易和在此计划下可能存在的实时交易的费用，实现系统的火电机组和用以实时平衡的功率调整的费用最小化，并针对该模型给出了基于粒子群算法和蒙特卡罗仿真的求解方法。文献[6]提出用改进的直接搜索算法（DSM），即惩罚函数直接搜索算法PF-DSM求解系统调度问题。结果表明，改进后的直接搜索算法对调度模型的求解更有效。文献[7]介绍了一种基于模拟退火的粒子群算法，并用其求解以水电站年发电量最大建立的优化调度的数学模型，本文将模拟退火的思想应用到具有杂交和变异的粒子群算法当中，通过模拟退火的降温过程来提高算法后期的进化速度和精度。最后，以普定水电站的优化调度为例进行了计算，结果表明，该算法的性能较基本粒子群算法有了较大改善，且明显优于常规调度方法和动态规划。文献[8]采用模糊粒子群算法（FCPSO）求解多目标环境经济调度问题。文献[9]采用遗传算法和模糊逻辑控制混合算法来求解环境经济调度问题。文献[10]分析了韶关地区小水电群联合优化调度的特点，结合实际建立了小水电群优化调度的数学模型。通过对传统优化调度方法和遗传算法的基本步骤进行研究和改进，提出了基于改进遗传算法的模型求解方法，并对韶关电网系统中的两个小水电站进行了联合模拟求解，结果表明了该方法科学可行，对提高电网运行和提高水电能源的利用具有重要意义。文献[11]中的环境经济调度问题是一个多目标优化模型——目标函数包括系统排放物最少和系统费用最少的同时维持发电机组无功出力在一个可以接受的水平。文献[12]基于遗传算法研究包含风力发电的电网的经济调度方式，通过计算分析了应用风电所能带来的化石性燃料的节省效益，并研究了传统煤电水力发电机组可否有效弥补风电随机性对电网运行所带来的冲击。该文在建立调度模型并考虑了新能源发电对电网造成的安全稳定问题，所建模型合理，应用价值高。文献[13]则专门分别研究了遗传、进化算法等模拟生物进化的优化问题，对解算调度问题的算法进行了详细的论述，解决了调度模型的求解问题。文献[14]提出并设计了一种基于混合神经网络和遗传算法的水电厂经济调度系统，为反映机组复杂的非线性工作特性，建立了基于人工神经网络方法的耗水量模型， 在此基础上采用改进的遗传算法对机组进行了优化组合。结果表明： 数字仿真及其现场应用都取得了满意的结果。文献[15]对机组出力变化与分时电价波动之间的关系进行了研究，构建了一种新的水火电短期优化调度模型，该模型以实现电力市场条件下最大发电收益为目标，同时综合考虑了峰谷分时电价和环境保护成本对发电侧经济效益的影响，还考虑了梯级水电站群的蓄水量、下泄流量、机组出力等约束条件，由此得出机组的优化调度方案。针对传统优化算法难以处理高维梯级水电站优化调度多约束条件的缺陷，利用微分进化算法对此优化模型进行求解，仿真计算结果证明了该模型的合理性和算法的有效性。文献[16]在考虑环境保护和节约能源以及水电厂运行特点的基础上，提出了一种以火电厂总运行费用、污染气体排放量、水电厂弃水量为优化目标的水火电站群多目标优化调度模型。应用基于Agent的启发式计算方法求解。计算表明，该模型有利于节能减排和环境保护，提高了水力资源的利用程度，提升了电力系统的综合运行效益，为水火电力系统短期优化调度提供了新的研究思路。文献[17]针对风电场出力的随机性，在风速预测的基础上，应用随机规划理论建立了考虑机组组合的含风电场电力系统动态经济调度模型。鉴于以上众多原因，关于光伏发电并网运行调度方面的文献很少，对光伏发电调度建模和仿真的研究则更为罕见。因此，可以预见，对光伏发电并网系统调度模型的研究将成为一种趋势并在未来得到快速的发展，最终得到成熟的调度技术。

2 洁净能源发电并网系统调度相关关键技术

以风、光能源发电为代表的洁净能源发电具有随机性及不可控的特点，这给调度带来了困难。因此，必须解决与其相关的关键技术问题。

2.1 功率预测与控制

洁净能源发电要参与系统的功率平衡，需做的工作，一是其输出功率的预测，二是输出功率的控制。以风电为例，对风电场输出功率进行控制，有利于减小系统的备用容量，增强系统的可靠性和安全性。风电场综合控制系统输入信号有调度的指令、风速、并网点的有功功率、无功功率、电压等，控制目标为保持风电场的有功、无功、电压等在合理范围内。丹麦Eltra电力公司规定了风电场参与功率控制的7种方法[20-22]。一般风电场输出功率大于90%额定容量的概率小于10%，因此通过对风电场进行功率控制达到减少系统备用容量的作用，而不会损失太多的风电功率。风电功率预测的意义主要在以下几个方面：用于经济调度，根据风电场预测的出力曲线优化常规机组的出力，达到降低运行成本的目的。增强系统的安全性和可靠性。掌握了风电出力变化规律就减少了不确定性，增强了系统的可控性。但适应实时调度要求的准确的风电场出力模型是制约含风电的环境经济调度发展的瓶颈问题之一。文献[21]-[24]从不同的角度介绍了国内外对这一问题的研究情况。风电功率预测的基本方法可分为基于数值天气预报的物理预测模型（统计模型（神经网络方法、模糊数学方法等））和时间序列模型（持续预测方法、卡尔曼滤波方法等）两大类。文献[26]指出由于风电具有随机性， 目前尚无法较准确预侧其出力， 因此含有风电的电力系统经济调度不再是一个常规意义下的确定性问题。利用传统的方法也难获得既经济又有较高可靠性的解。

2.2 系统备用容量的选择

由于洁净能源并网发电具有随机性和间歇性的特点，为了保证系统的安全、稳定、可靠的运行，必须以常规能源发电为系统预留一定的备用发电容量。以风电为例，保证风电功率的波动特性如果与电网负荷的波动特性一致，那么风电就有自然调峰的作用，反之，会使电网的调峰问题更加突出。在有些情况下，从长时期来看，风电与电网负荷变化规律一致，但这并不能排除在有些时段内，风电出力正好与负荷变化规律相反，使电网面临严重的情况。这就需要合理安排系统的备用容量，保证电网的安全稳定运行。但是，目前对于合理选择备用容量没有成熟的理论和方法。调度部门选择的备用容量往往与实际需要的备用容量不太符合，这样必然造成了电力浪费和经济损失。因此，建立一种合理的备用容量选取方法必将成为一个意义重大的且具有很高经济效益的突破点。

3 结束语

针对洁净能源发电各自的特点，并根据电力实际运行需要，建立相应的调度模型，解决调度相关关键技术问题，并采用有效的数学解算方法，保证调度结果符合系统安全稳定运行原则，是解决调度问题的关键。

随着太阳能等洁净能源的大力开发，洁净能源发电并网调度技术必将不断完善，最终实现洁净能源在一定程度上取代传统能源。

参考文献

[1] 喻洁，季晓明，夏安.基于节能环保的水火电多目标调度策略[J].电力系统保护与控制，2009，37（1）：24-27.

[2] 王粤，肖进永，栗然.大规模风电场并网的经济调度建模和决策算法[J].电能质量，2009，28（12）：50-54.

[3] 陈毕胜.梯级水电站长期优化调度的研究与应用[D].武汉：华中科技大学，2004，5

[4] 朱建全，吴杰康.水火电力系统短期优化调度的不确定性模型[J].电力系统自动化，2008，32（6）： 51-54.

[5] Chun-Lung Chen and Tsung-Ying Lee.Impact Analysis of Transmission Capacity Constraints on Wind Power Penetration and Production Cost in Generation Dispatch[C]，IEEE International Conference on Intelligent Systems Applications to Power Systems，2007，10：1-6.

[6] 申建建，程春田，廖胜利等.基于模拟退火的粒子群算法在水电站水库优化调度中的应用[J].水力发电学报，2009，28（3）：10-15.

[7] 叶琳浩，夏成军，陈丽丹等. 改进遗传算法在韶关小水电群优化调度的应用[J].2009，21（3）：53-57.

[8] YuryevlehJ，Wong K P.Evolurionary programming based optirnal power flow algorlthm[J].IEEE Transaetions on Power Systems，1999，14（4）：1245一1250

[9] Walters D C，Shoble G B.Genetie algorithrn solution of economical dispatch with valve point loading [J].IEEE Transaetions on Power Systems，1993，8（3）：1325一1332.

[10]孟安波，刘永前.基于混合神经网络与遗传算法的水电厂经济调度研究[J]. 水力发电，2008，34（5）：46-49.

[11] 韩冬，蔡兴国.综合环境保护及峰谷电价的水火电短期优化调度[J]. 电网技术，2009，33（14）：78-83.

[12] 孙元章，吴俊，李国杰等. 含风电场电力系统动态经济调度[J].中国电机工程学报，2009，29（4）： 41-47.

[13] Eltra.Vindmoller tilsluttet net med spandinger over 100kV[S]. Denmark，2004.

[14] Grid E N.wind farm power station grid code provisions[S].Ireland， 2002.

[15] 郭巍，范高锋.大规模风电接入对电力系统调度的影响[J].农村电气化，2008， （8）：54-55.

[16]Lexiadis M A，Dokopoulos P，Sah S，et al.Short term forecasting of wind speed and related electrical power[J].Solar Energy，1998，63（1）：61-68.

[17] Bechrakis D A，Sparis P D.Wind speed prediction using artificial neural networks[J].Wind Engineering，1998，22（6）：287-295.

[18] Bernhard L，Kurt R，Bernhard E，et al.Wind power prediction in Germany—recent advances and future challenges[C].European Wind Energy Conference，Athens，2006.

[19] 江岳文，陈冲，温步瀛. 基于随机模拟粒子群算法的含风电场电力系统经济调度[J].电工电能新技术，2007，26（3）： 37-41

[20] 张粒子，谢国辉，朱泽等.准市场化的节能发电调度模式[J].电力系统自动化，2008，33（8）：29-31.

光伏发电并网研究综述 第4篇

太阳能光伏发电就是利用太阳电池进行光电转换, 并把太阳电池方阵发出的直流电转换成符合入网标准的交流电与电网联结。光伏发电系统属于分布式发电系统的一种, 一般而言, 光伏发电系统并网与其他分布式发电系统并网给大电网带来的问题可能相同;但与其他分布式电源相比较, 光伏发电在时间周期和地理位置与大电网并网接入的方式有区别, 发电系统及控制系统特性等方面有其自身特点, 因此, 可以借鉴其他分布式电源并网方面的研究成果, 但仍然有必要研究光伏发电系统电网并网后大电网可能面临的问题及对策[1]。

1 并网光伏发电系统的特点及对电网的影响

并网太阳能发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。太阳能通过光伏组件转化为直流电力, 再通过并网逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位交流电流, 并入电网。并网太阳能发电系统具有清洁性、安全性、长寿命和免维护性、资源充足性及潜在的经济性等特点。文献[2]从时间周期性、气象条件、地理位置、光能转换效率偏低方面指出了太阳能的限制。这些限制使光伏发电并网后对电网带来了很大的影响。光伏发电功率输出受环境因素影响很大, 在微网中运行, 通过中低压配电网接入互联特/超高压大电网, 大规模并网将给整个电网带来深刻的影响[1]。

文献[2]介绍了并网光伏发电系统对电网的影响。除此之外, 并网光伏发电系统对配电网电压、频率以及配电网的保护与重合闸的影响也是不可忽视的[3]。

2 光伏发电并网研究的几种方法

目前光伏发电并网研究的问题主要是围绕这些特点展开, 包括最大功率点跟踪 (Maximum Power Point Tracking, MPPT) 、逆变器的拓扑结构和控制方式、滤波 (降低谐波含量) 、无功补偿 (功率因数控制) 、孤岛检测等方面及其相互之间的协调配合, 侧重于以逆变器为核心的并网光伏发电系统设备设计与应用研究[1]。

对光伏发电MPPT研究较多, 如扰动观察法、增量电导法、模糊逻辑控制等, 这些算法有其自身的优越性, 并且能够实现数字控制, 但它们仅考虑控制策略本身的优化, 而未考虑整个系统的优化, 特别是将功率器件理想化, 忽略了开关器件的损耗。文献[4]中以两级式光伏并网发电系统为背景, 研究将软开关技术引入两级式拓扑结构的DC/DC变换器中, 采用改进型恒定电压跟踪 (CVT) 控制算法, 既能较好地实现最大功率点跟踪, 又能同时实现功率变换电路的软开关, 降低开关损耗, 从整体上提高系统效率, 并且工作稳定可靠。恒定电压跟踪 (CVT) 控制算法CVT即是控制光伏电池输出电压稳定在给定的峰值点处电压值附近, 达到最大功率点跟踪的目的, 其基本实现方法是通过闭环控制使光伏阵列输出电压保持在其最大功率点电压上。光伏DC/DC变换器作为光伏阵列与负载之间的匹配器, 可以通过改变占空比的大小来调节其工作状态。

文献[5]以十五电平逆变器为例, 研究了主从级联式多电平逆变器的SHEPWM控制方法, 提出了特定谐波消除脉宽调制SHEPWM方法具有的优点:1) 在一定的开关频率下, 输出波形质量最高;2) 在一定的波形质量要求的条件下, 开关频率最低, 开关损耗小, 效率高;3) 输出滤波器尺寸小, 而且易于设计;4) 通过把功率平衡约束方程式追加到SHEPWM非线性方程组中, 便于实现功率平衡控制等。由于并网逆变器的输出频率始终跟随电力系统的工作频率, 频率基本不变, 采用特定谐波消除脉宽调制SHEPWM方法时, 所需的初值存储表格和SHEPWM非线性方程组的建立与存储方法较为简单, 特别重要的是中高压、大容量并网逆变器对功率转换效率要求极高, 而SHEPWM方法最适合于高效率的功率变换。

3 结语

新能源光伏发电及其并网具有的特点, 给大电网的安全经济运行、优化控制和电能质量保证等方面带来了新的问题。目前的电网运行控制理论与技术还不能完全适应光伏发电大规模并网后的新要求, 支撑光伏发电接入公共电网运行的监测、保护与控制、计量装备亟待开发, 迫切需要健全技术标准与规范[1]。

摘要：首先对并网光伏发电系统进行了介绍, 然后对光伏发电并网对电网的影响进行了阐述, 并介绍了现在针对光伏发电并网问题的几种解决策略。

关键词：光伏发电系统,最大功率点跟踪,级联多变频逆变器

参考文献

[1]李碧君, 方勇杰, 杨卫东, 等.光伏发电并网大电网面临的问题与对策[J].电网与清洁能源, 2010, 26 (4) :52-58.

[2]叶漫红, 林日明, 蔡文.太阳能光伏电站入网方式探讨[J].江西电力, 2011, 35 (1) :5-8.

[3]刘永胜, 李题印, 包拯民, 等.基于PSCAD/EMTDC的并网光伏发电分析[J].浙江电力, 2011 (3) :6-10.

[4]方波, 白政民, 张元敏.基于FB—PS—PWM软开关技术的光伏发电MPPT研究[J].电力系统保护与控制, 2011, 39 (6) :71-75.

浅析发电机自动准同期并网技术 第5篇

【关键词】发电机；同期并网；自动准同期；电压；频率

引言

发电机必须并入电力系统才能将所发出的电能上送至系统中，才能实现电能从发电机流向用电设备，对发电机与电力系统之间的并列操作就是同期并网操作，同期并网操作是发电机操作中的一项关键内容，操作出现问题将直接导致发电机并网失败。当前，企业电网的规模日益增大，同时发电机的数量和容量都在不断增加，这就需要对同期并网技术进行深入的了解，最终实现能够将发电机准确、可靠、稳定的并入系统目标。

1、发电机并网的条件手动准同期的缺点

1.1发电机并网的条件

（1）发电机机端母线的电压与系统母线的电压幅值相等并且波形一致。

（2）发电机所发出电的频率与系统的频率相同，均为50Hz。

（3）发电机侧电压与系统侧电压的相序相同。

（4）合闸的瞬间，发电机侧电压与系统侧电压相位相同。

在以上四个条件具备的基础上，就能完成发电机的顺利并网，在并网瞬间，发电机机端电压与系统电压的瞬时值越是差距越小，则发电机并网时受到的冲击就越小，并网过程就越平稳。

2、手动同期并网的缺点

老式发电机采用的手动准同期装置，虽然可以通过人工观察合闸前的发电机与系统两侧的电压、频率等数值，通过调节发电机本体和励磁装置来调节发电机侧的参数使其等于系统侧参数，并在参数相同的时刻合上并网开关，实现发电机的并网操作，但是根据实际情况来看，其始终摆脱不了如下几条缺点：

（1）不能自动选择合闸的时机，对操作人员的专业素质和操作熟练程度依赖性较大。

（2）老的手动准同期装置的精度下降，虽然是在同期装置所显示的可以合闸的区间进行合闸并网工作，但是往往由于操作的延时和装置的细小误差而使实际合闸过程并不满足发电机并网的条件，这种状况就造成了非同期并网。

（3）过程完全需要人工进行干预，不能实现自动调节。

3、微机自动准同期装置的结构

我厂选用的微机自动准同期装置属于越前时间恒定的自动并列装置，这种并列装置对发电机侧和系统侧的电压频率进行检测，当在设定的越前时刻检测到两侧的电压差和频率差均在设定的允许范围之内，则迅速启动合闸逻辑并输出合闸信号驱动断路器合闸，实现发电机的并网，这样能够最大程度上保证在经过了断路器固有的合闸延时之后，两侧电压与频率的差值仍然处于最小的范围。如果在合闸逻辑启动之前装置判断出电压或者频率的差值超出设定的允许范围，则马上闭锁合闸出口，并在程序内部将合闸逻辑闭锁，通过检测到的电压频率差值来对分别给出发电机转速升高降低以及电压升高降低指令。微机自动准同期装置包括了以下五部分：

3.1导前时间设定部分，微机自动准同期装置的导前时间是通过4位拨码来进行设置的，四位拨码代表了16进制的0000-1111共计16个数，对应时间为0.1-1.6秒，这个前导时间的设定需要对断路器固有的合闸时间进行检测，使前导的时间与断路器合闸时间匹配。系统电压与发电机机端电压之差形成的以滑差周期脉动的电压信号。其周期也可以通过拨码进行设置。

3.2自动调压单元，微机系统通过模拟转数字模块对高压设备二次侧的电压信号进行采集，采集周期通常系统固定为10ms，经过采集器的电压信号为一个0～5V的直流信号，微机通过内部的比较器对系统电压与发电机机端电压进行比较，根据两侧电压的差值给出发电机电压升高或者降低信号，直至调节后两侧的电压差值保持在5%以内。

3.3自动调频单元，调频单元配置高速频率采集通道，分别对发电机侧和系统侧的频率进行快速采集比较，当发电机频率低于系统侧频率时就对应的升高发电机转速，反之则降低发电机转速，直到达到并网要求的频率之差控制在0.33Hz以内。

3.4自动同期合闸单元，当发电机机端与系统侧的电压和频率均在规定的范围之内时，自动同期合闸单元则投入并密切监视两侧的电压和频率值，如果在设定的保持时间之内电压和频率差值均未越过规定的范围，这就表示发电机当前的运行状态十分平稳，下一个滑差时间内必然会出现最佳的同期合闸时间点。此时立即投入自动同期合闸准备逻辑，等待下一个滑差时间周期内同步点的到来，一旦检测的该同步点则逻辑输出断路器合闸，发电机成功并网，若此周期内未检测到最佳的同步点，则程序继续等待同步点的出现。在自动合闸单元中需要设置合闸动作的时间提前量，这个提前量应该能与断路器的合闸时间相匹配。

3.5出口执行和信号指示单元，出口执行单元包括了输入输出接口芯片，光电隔离电路以及大功率驱动电路和出口继电器，根据功能一般采用了五出口继电器的结构，五个出口继电器分别完成发电机升转速、降转速、发电机电压升高、降低、同期合闸五个功能，其中可以通过内部逻辑分别对五个出口进行功能连锁或者闭锁，出口继电器分别对应了不同的信号指示灯，可以通过指示灯来观察自动准同期装置的运行状态。

4、微机自动准同期装置的应用优势

4.1微机自动准同期装置的操作比老式准同期装置便捷简单，操作人员只要按下启动按钮就能完成发电机同期并网的复杂操作，消除了发电机并网对操作人员素质的依赖性。

4.2能够适时的选择最佳时机进行合闸，客服了传统手动准同期装置在合闸瞬间其内部需要进行的角度检测，将同期并网的冲击降到最小。

4.3由于其前导时间和滑差时间可以通过外部的拨码进行调节，这就可以使自动准同期装置适应不同的发电机出口断路器，使得合闸时间的提前量总能够与断路器固有的合闸时间保持一致，确保在最佳的时间内完成合闸。

4.4微机自动检同期装置运行可靠，能够适应较频繁的发电机并网操作，且其不受外部环境的影响，对于复杂的工厂现场，其能够切实的保障发电机同期并网操作的长期可靠性，提高整个系统运行的稳定性。

5、结束语

自动准同期装置在宣钢发电机系统中得以成功运用，时间证明了其在可靠性、快速性、稳定性等多方面均远远的超过了传统依靠手动准同期的操作方法，保障了发电机并网操作的成功率，直接增加了企业发电机运行的经济效益。

参考文献

[1]粟梅，郭旭东，官诗军.一种新型的微机自动准同期装置.电力设备网

风力发电并网技术探讨 第6篇

1 风电机简介

风力发电机组包括异步风电机组和双馈风电机组, 相对于异步发电机组, 双馈风电机组有很大的优势, 其最大的优势在于双馈电机能根据风速来改变风机的转速。当风速较低时, 双馈电机能保持风机运行在最佳的叶尖速比, 从而得到最大的动能;当风速较大时, 双馈电机可以调节桨距释放多于能量, 从而使机组获得较平滑的动能。

2 双馈风电机组的模型

2.1 风速模型

风速是独立于发电系统的, 考虑风电场分布的随机性, 现在国内外较多的使用风力四分模型, 及基本风模型、随机风模型、阵风模型和渐变风模型。电机是电力系统中能源转换模块, 不同于传统传统电机, 在风力发电中须先将风能转化为叶片的动能, 之后由风叶传递能量转化为电能, 由空气动力学可知, 在一定的风速下, 风能利用系数越大, 机械输出功率越大。

2.2 电机稳态模型

双馈发电机的稳态等值电路如图1所示, 其相当于在普通绕线式异步电机等值电路的转子电路中加入了电压源。

3 等值建模的建立

图1中介绍了双馈电机的等值电路, 当风力发电机组发电机个数为两个时, 此时等效电路如图2所示。需要说明的是, 建模过程中不考虑尾流效应。

等值参数计算相对比较复杂, 当双馈电机组电机个数较多时, 用电路理论计算等值参数会相当繁琐、复杂。加权参数聚合法可以解决多台机组并联参数计算的复杂问题, 等值前后以它们各自容量为基值。

4 仿真

在Simulink仿真平台中搭建了实际模型和等值模型。实际模型中有单机容量为1.5MW的双馈发电机20台, 单机容量2MW的风机10台。采用一机一变方式将电压升至10k V后, 再用10k V/110k V变压器接入电网, 输电距离为30km。运用加权参数等值法, 可以算出等值后的等值机的参数, 将30机等效为一台机进行仿真。

稳态运行时的比较:

以渐变风为例进行稳态运行时的仿真。上升型的渐变风起始时刻为5s, 起始风速为8m/s, 上升斜率为1, 终止时刻为9s, 终止风速为12m/s, 下降型风速起始时刻为5s, 起始风速为14m/s, 下降斜率为1, 终止风速为8m/s。对上升型渐变风, 两种模型的响应曲线如图3所示;对于下降型渐变风, 两种模型的响应曲线如图4所示。

为了说明等值效果, 本文使用相对误差或平均相对误差来定量的说明。由仿真结果可知, 对于上升型渐变风等值模型与实际模型的有功功率最大相对误差为0.62%, 平均相对误差为0.27%, 出口处电压的最大相对误差为0.21%平均相对误差为0.11%。对于下降型渐变风, 等值模型与实际模型的有功功率最大相对误差为1.16%, 平均相对误差为0.29%, 出口处电压的最大相对误差为0.14%, 平均相对误差为0.007%。可以看出, 稳态时模型的误差是很小的。

5 结论

双馈风力发电机正常工作运行时转速随风速的变化而变化, 其等值过程与异步发电机相比有所区别。是否能够沿用异步机等值模型进行理论分析和验证值得商榷。本文在Simulink仿真平台中对风电场每台机组进行建模, 并建立了风电场的等值模型。仿真结果表明, 该等值模型能在稳态运行时保持良好的等值效果, 具有一定的可信度。

摘要：本文介绍了双馈电机的组成结构和工作原理;简述了风力场模型、双馈风电机工作稳态模型;并比较了电机容量加权法和多电机组并联时等值计算的参数聚合, 然后在Matlab/Simulink仿真平台中建立了风电场实际模型和等值模型。仿真结果表明, 该等值模型能在稳态运行时保持良好的等值效果, 具有一定的可信度, 仿真结果与理论分析相符, 证实了电机容量加权法可以在一定范围内适用于双馈型风电场等值。

关键词：风力发电,并网,探讨

参考文献

[1]王承煦, 张源.风力发电[M].北京:中国电力出版社, 2003.

[2]蔺红, 晁勤.风电系统建模与仿真分析[J].风力发电, 2000 (3) .

[3]Slootweg J G.Wind power modeling and impact on power system dynamics[D].Technische Universities Delft, 2003.

[4]Akhmatov V.Analysis of dynamic behavior of electric power systems with large amount of wind power[D].Rsted-DTU Technische.Universities of Denmark, 2003.

单相光伏发电并网的研究 第7篇

1 最大功率点跟踪原理

最大功率点跟踪( MPPT) 就是通过一定的控制方法使光伏电池对外电路输出达到在当前环境条件下的最大功率值。光伏电池输出为直流电能,可将其等效为含有内阻r的直流电源,输出侧接电阻R。由电路原理中的最佳匹配原则,当负载电阻等于电源内阻时,电路具有最大功率输出。所以,可通过合理的控制手段,改变外电路的负载特性,以达到和电源内阻的匹配。本文通过DC - DC变换器对输出侧电压的调节作用改变外电路的负载特性。

利用DC - DC变换器调节直流侧负载特性,如图所示。DC - DC变换器在电路中的作用类似于变压器,通过其的控制作用,可使变换器的输入电压Uin和输出电压Uout成固定的比例关系,假设为n = Uin/ Uout,则输出侧电流Iout为输入侧电流Iin的n倍,即n = Iin/Iout,从而有输出侧电阻R的表达式为

由式( 1) 可得,光伏电池外电路可等效为电阻Rref,大小为n2R。这样外电路便可简化为只有电阻Rref的纯电阻电路。如果Rref和电池内阻r匹配就可输出最大功率。所以,只需通过DC - DC变换器调整n的大小即可调节外电路负载特性,从而使外电路负载特性与光伏电池内阻匹配。通过对DC - DC变换器的分析可知,n与DC - DC变换器的占空比Dc存在相互对应的函数关系,所以只要调节占空比Dc便可调节负载特性,从而控制光伏电池输出最大功率。

2 PFC技术

PF是功率因数校正的缩写,其全称为Power Factor。国际符号为 λ,PF的定义为有功功率P和视在功率S的比值[7],公式如下

式中,P1表示基波做功的功率; S是视在功率。当在输入端加正弦波输入时,除基波做功功率P1外,其他次谐波做功功率为0,则上式简化为

式中,Vi表示输入电压有效值; I表示输入电流有效值; I1表示输入电流基波分量有效值; φ 表示输入电压和输入电流之间的相位角差值。Kd= I1/ I表示波形畸变因数; Kα= cosφ 表示相移因数。

PFC可使交流输入电流更好地跟随输入电压,使得电流与电压之间的相位差基本不存在,从而大幅提高了电源的功率因数,减小电网的谐波污染,改善供电质量。单级PFC校正则是将PFC变换和DC /DC变换合为一体,复合掉一个功率开关管,利用一个功率开关管和一个控制系统实现对输入电流相位的调整以及输出电压的稳定输出。从而大幅度简化了电路,减少了电路元件并降低了成本复杂度。近年来,单级PFC校正的研究引起了广泛关注。因此,本文采用单级PFC校正。

3 设计的总体构想

本设计模拟光伏并网的运行,要实现最大功率跟踪和功率因数校正。当负载电阻等于电源内阻时,电路具有最大功率输出,此时负载两侧的电压是电源两端电压的1 /2,所以可对电源电压进行采样,通过改变Boost控制电路开关管的通断,使得负载电压为电源电压的1 /2,从而改变负载特性。

对输出电压与电流同样进行采样,通过STM32 进行调整使得输出电压与电流同相位,实现了功率因数校正。总体设想框图如图2 所示。

4 主电路的设计

用直流稳压电源Ud和电阻RL模拟光伏电池,而逆变器部分将使用电压型单相全桥逆变电路。如图3所示的电压型逆变电路有以下特点:

( 1) 直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗;

( 2) 由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,且与负载阻抗角无关,交流侧输出电流的波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同[8]。

滤波电容C的作用是和滤波电感一起用来滤除输出电压中的高次谐波,电容C大,则输出纹波小。但电容C增大的同时,逆变器的无功功率也要增加,从而增加了逆变器的电流容量,使系统效率降低。滤波电容的选取原则是在保证输出纹波满足要求的情况下,取值尽量小。

由于逆变器输出调制波形中的高次谐波主要降在滤波电感两端,故增加滤波器电感量可更好地抑制低次谐波、减小输出电流的脉动量。然而滤波电感越大,电感电流的变化则越慢,动态时间越长,波形畸变越严重。故电感值的选取,应综合考虑其稳态与动态性能。选择合适的气息以防止负载时磁芯的饱和问题,且选择粗导线以降低电阻损耗。

5 软件的控制设计

系统的搭建是基于STM32 为控制芯片。其对输入电压进行采样处理实现最大功率跟踪。对输出电压电流进行采样实现锁频锁相,从而实现功率因数校正。并控制开关管实现电路的保护。当有过压过流现象时,切断电路安全可靠,也可实现电网的分部工作。

注:flag开始设置0。

6 仿真验证

图7 为系统的仿真图,仿真输出电压220 V,频率50 Hz。从图8 可看出,输出电压电流波形平滑符合要求,且电压电流同频同相实现了功率因数校正。Boost的输入波形行对稳定为输入电压的1 /2 实现了最大功率跟踪,验证了本设计的正确性。图10 为采样电流与电压电路实现锁频锁相的图形。图11 为实物做出的小功率验证图。

图11 为最终输出电压电流波形,可看出,当逆变器正常运行时,逆变器输出电流与电网电压同频同相,功率因数为1,电流THD功率THD用FLUKE 43B质量分析仪测量,电流总谐波含量最大为1. 8% ,各次谐波均< 1. 2% 。

7 结束语

以STM32 控制芯片为核心,仿真设计单相光伏并网逆变器,介绍了MPPT与PFC的工作原理和主回路以及STM32 的控制思想。通过该装置仿真运行,结果表明本文所设计的逆变器输出电流总谐波畸变率低、波形质量好,具有工作效率高、稳定性好等优点。

摘要：针对如何提高太阳能光伏发电系统的转化效率,对具有最大功率控制的系统进行研究,提出了一种双环控制方式。并以STM32为控制器,给出了其控制方法。通过Matlab建模设计光伏输出后的控制系统,新的控制系统实现了最大功率跟踪与功率因数校正。仿真表明,该方式具有简单、控制方便、效率高的优点。并通过实物加以验证该方法的可行性,该控制策略可应用于单极式光伏并网系统最大功率点跟踪控制,且实现了系统的高效率并网运行。

关键词：单相光伏发电,最大功率点跟踪,双环PID控制,功率因数校正

参考文献

[1]孙志松.光伏并网发电系统的Matlab仿真研究[D].南昌:南昌航空大学,2012.

[2]闫亮,韩宁.改进的光伏发电系统最大功率点跟踪方法[J].现代建筑电气,2012(3):33-37.

[3]王红敏,曹建建.基于DSP的光伏发电系统中最大功率点跟踪算法的研究[J].电子设计工程,2014,22(17):92-95.

[4]王厦楠.独立光伏发电系统及其MPPT的研究[D].南京:南京航空航天大学,2008.

[5]孙会明,陈薇.基于粒子群优化的光伏MPPT算法[J].电子科技,2014,27(6):187-189.

[6]胡长武,李宝国,王兰梦,等.基于Boost电路的光伏发电MPPT控制系统仿真研究[J].光电技术应用,2014(1):84-88.

[7]刘洋.基于单级PFC技术的开关电源研究与设计[D].成都:电子科技大学,2013.

发电并网 第8篇

建筑集成光伏系统(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)是城市大规模应用光伏发电的发展方向[1,2,3]。国外建筑光伏已发展较长时间,正在推进实施的有美国的百万太阳能屋顶计划、德国的十万太阳能屋顶计划以及日本的新阳光计划和先进光电PV计划。近几年建筑光伏在我国发展迅速,深圳市国际园林花卉博览园总装机容量为1 MW、上海世博会场馆总装机容量为4.6 MW,京沪高铁上海虹桥铁路客运站光伏发电项目总装机容量达到6.5 MW都已并网发电。光伏发电间歇性特点是制约建筑光伏并网发电系统发展的重要因素。国外有文献指出,光伏发电在电网容量中不宜超过10%~15%,否则电网会运行困难[4,5,6,7]。光伏发电量预测是光伏并网发电系统的关键技术,受到工程界和学术界高度关注[8,9,10,11,12]。世界能源组织预测2020年,世界光伏发电量占总发电量的1%,2040年上升到20%。我国《可再生能源长期规划》提出,2020年太阳能发电规划目标为2 GW。建筑光伏系统的规模化应用研究已提上日程,高密度、多接入点建筑光伏并网发电系统对光伏发电量的预测提出了新的要求和挑战。

1 建筑光伏并网发电系统

高密度、多接入点建筑光伏并网发电系统对光伏发电量的预测提出了新的要求。图1是某10 MW光伏并网电站电网规划图,占地面积为188 000 m2,光伏配置密度为53.2 W/m2。该建筑光伏系统接入电网共有38个接入点,其中:10 kV接入点2个,380V接入点36个;有两个容量为500 kW的功率可调节光伏电站和一个1 MWh储能站。为了降低建筑光伏阵列输出电能的随机性的影响,能量管理系统需要预测光伏发电单元的输出电能,然后依靠预测的输出电能和储能站剩余容量制定发电计划,实现光伏系统出力的最大化以及配网调度优化等需求[13,14,15,16]。

传统的电网发电计划,尤其是日发电计划,主要依赖于对负荷的准确预测[17]。英国的研究表明,负荷预测误差每增加1%,电网运行成本增加1770万元。光伏并网发电系统所发出的电能往往能就地平衡当地的某些负荷,由于光伏并网发电系统的发电量受气候影响显著,使得整个电网的负荷总量具有了更多的时变性和随机性,从而给电网的发电计划,尤其是日发电计划的合理制定,带来了较大的难度。当区域电网存在高密度、多接入点建筑光伏并网发电系统时,就需要研究基于整个区域电网的光伏发电并网系统的总发电量预测。

2 建筑光伏的发电量预测关键技术

2.1 原理预报法

并网的光伏发电系统包括光电转换和直流/交流逆变两个环节。太阳能光伏发电的基本物理原理是光生伏打效应。在光电转换这个环节,光伏阵列吸收太阳能转换为直流电的效率主要受到了太阳能辐射和板温的影响,同时老化、阵列组合、灰尘以及直流线路的损耗都是需要考虑的因素。光伏阵列的逐时直流发电量(k Wh)表达式为

式中:ηs为为太阳能电池厂商提供的标准测试条件的光电转换效率;α为温度系数(℃-1),与太阳能电池材料有关;Q为倾斜面逐小时太阳总辐射(MJ/m2);Tc为阵列板温(℃);S为光伏组件有效面积(m2);K1为光伏阵列由于老化、失配、尘埃遮挡、直流回路线路等原因的损失系数。

直流/交流逆变环节的转换效率主要由逆变器装置决定。并网逆变器的逐时交流发电量(k Wh)表达式如式(2)所示。

式中:η为并网逆变器转换效率;K2为交流回路线路损失系数。

综合考虑上述因素,建立光电转换模型以及相关的计算公式,输入太阳能辐射预报值进行光伏发电量的预测。

大规模建筑光伏的应用,需要进行一定区域的光伏发电并网系统的总发电量预测。而每一个光伏阵列的转换效率与其安装位置、角度以及使用时间有较大关系。按照光伏组件和建筑物结合方式的不同,建筑光伏系统主要有:屋顶集成光伏发电系统,光伏幕墙系统和光伏窗等,光伏组件安装形式和角度多样。区域电网中存在的高密度、多接入点建筑光伏并网发电系统,光伏阵列安装地理位置和使用时间差异很大,原理预报法的光电转换环节的建模将十分困难。

2.2 光伏发电量直接预测法

对于一个既定的光伏阵列,光伏阵列发电量时间序列具有高度的自相关性。光伏阵列的历史发电量数据中已经包含了光伏阵列的系统信息,这就解决了光伏阵列安装位置、角度和使用时间等随机因素对转换效率的影响。使用过去几年和现在的历史数据训练基于神经网络的光伏发电量预测模型,建立光伏发电量与太阳能辐射和板温的函数模型,就可能比原理预报法取得更好的效果。国内在光伏发电量预测方面刚刚起步,主要在预测模型的建模方面作了一些研究,采用了神经网络、马尔科夫链和最小二乘支持向量机等方法。并且目前的研究与气象要素的结合十分有限,考虑的气象要素仅局限于日天气类型和气温等。

为了降低建筑光伏阵列输出电能的随机性的影响,能量管理系统需要预测光伏发电单元的输出电能,然后依靠预测的输出电能和储能站剩余容量制定发电计划。这就需要在某一个局部地点对安装的建筑光伏阵列的发电量进行预测。这和目前研究较多的光伏发电站发电量预测比较相似。需要太阳能辐射数据仍局限较小的区域,地理位置跨度不大。

大规模的建筑光伏的应用将大大提高光伏发电的渗透率,对电网的运行调度的影响不可忽视。含光伏并网发电系统的配电网短期负荷预测通常是将光伏发电系统视为综合负荷的一部分。常规的电力系统负荷预测的关键问题也是根据预测对象的历史数据建立相应的数学模型,主要的预测方法有时间序列法为代表的传统方法和人工神经网络法为代表的人工智能方法两大类[18,19]。

区域的光伏发电量预测研究对提高含光伏并网发电系统的配电网短期负荷预测精度十分必要。区域的光伏发电量预测可以借鉴目前负荷预测的研究成果,目前国内开展的光伏发电站发电量预测主要也是沿用负荷预测的一些方法,如时间序列法、回归预测法、人工神经网络法和支持向量机方法等。区域的光伏发电量预测仍有自身的规律,有待研究的问题较多,例如:影响负荷预测的主要气象因素是温度和气候,而影响光伏发电量预测的主要气象因素是辐照度,气候和温度也有一定影响;负荷中气象敏感负荷只占一小部分,而光伏发电量主要受气象因素影响;高密度、多接入点建筑光伏并网发电系统地理分布与普通的负荷分布也存在较大差异。

2.3 数值模式的太阳能辐射预报

太阳能辐射穿过大气层到达地面,经过了云、气溶胶、水汽等对辐射的吸收、散射和反射等物理过程,需要通过地面气象观测、高空大气探测、卫星遥感、数值模拟的手段获取大气透明度、水汽含量、气溶胶、云量、云状、温度、湿度等气象要素信息,建立太阳能辐射预报模型。太阳能辐射预报方法主要有三类,传统的统计方法、卫星云图资料外推方法和数值模式的太阳能辐射预报方法。传统的统计方法一般是以时间序列为基础,仅适用于0~1 h的临近预报;由于天气系统和相关云系发展移动过程的非线性特性,卫星云图资料外推方法预报时效为0~5 h;数值模式的太阳能辐射预报时效可达数天。

国内外目前能进行太阳能辐射预报的数值模式为中尺度数值模式,比较成熟的有MM5和WRF等。MM5模式预报的误差较大,远不能满足要求。中尺度数值模式WRF能提供各种天气条件下的地表短波辐射预报,晴天的预报效果好一些,但误差仍比较大,需要对辐射预报的统计订正,才能用于光伏发电量预测[20,21]。辐射预报的统计订正就是采用相关分析和数值滤波等找出主要的相关因子,去除干扰因素,通过统计学方法提高预报精度。有研究表明辐射预报的统计订正可减少50%的相对误差,然而订正后的相对均方根误差仍有30%~40%。

目前国外数值模式的太阳能辐射预报,空间尺度目前多为单点,而区域预报相对少见,能实用的预报模式误差还比较大。而电力系统运行调度至少需要24小时的预测数据,大规模的建筑光伏的应用需要区域的太阳能辐射预报数据,电力系统负荷预测的考核指标一般在95%以上。因此目前太阳能辐射预报研究水平与含大规模光伏并网发电系统的电网调度运行要求还是存在距离。

2.4 建筑光伏的发电量预测系统初步设计

高密度、多接入点建筑光伏并网发电系统发展需求,需要探讨建立区域的光伏发电量预测系统,以满足电网运行调度需求。根据当前光伏发电量预测关键技术的发展,借鉴电力系统负荷预测的最新成果,构建区域的光伏发电量预测系统主要包括光伏发电量预测模型,数值模式的太阳能辐射预报以及其它气象因子预报,历史的气象因子观测数据和光伏发电量数据三方面。首先需要建立光伏发电量预测模型,通过历史数据训练光伏发电量预测模型,然后将太阳能辐射和其它相关气象因子的逐时数值预报值输入预测模型,即可以获得区域的光伏发电量预测结果。如图2所示。

建立光伏发电量预测模型将主要考虑神经网络法、支持向量机方法等人工智能方法。特别是支持向量机方法能较好解决小样本、非线性、高维数和局部极小点等实际问题,已成为短期负荷预测的热点。华北电力大学研究了最小二乘支持向量机在光伏功率预测中的应用,指出最小二乘支持向量机预测结果优于前馈神经网络法和线性回归算法。数值模式的太阳能辐射预报将基于中尺度数值模式WRF的逐时输出结果,引入模式输出统计(Model Output Statistics,MOS)预报方法,以提高太阳能辐射预报的准确率。鉴于数值模式的太阳能辐射预报,空间尺度目前多为单点,可以考虑在预测模型中输入多个点的太阳能的辐射预报结果,以更好反映区域内太阳能的整体辐射水平。历史数据主要来自气象观测数据和光伏发电量的计量数据,这就需要根据建筑光伏的地理分布合理设置气象观测站。

3 结论

光伏并网发电模拟装置(1) 第9篇

一、系统方案选择

1. DC-AC主回路选择

DC-AC回路为系统功率变换的核心，负责将前级直流输入变换成交流输出。根据电路控制参量的不同可分为电压型和电流型。电流型逆变电路交流输出电流为矩形波，控制电路较为复杂。电压型逆变电路包括半桥式和全桥式电路，电路逆变功率脉动波形由直流电流体现，输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。电压型控制电路对输出电压进行调节，便于进行功率转换，所以最终选用电压型全桥逆变电路为DC-AC的功率变换核心。

2. 正弦波脉宽调制（SPWM）方式选择

正弦波脉宽调制，根据其调制方式不同可分为模拟调制和数字调制。模拟调制制方式基于自然采样原理，在三角波和正弦波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断。数字调制法同样基于自然采样原理，以可编程逻辑器件为载体将正弦波表存入存储器，经过数字比较产生对应波形。数字调制方式生成波形相位分辨率可以达到很高精度，改变调制比(正弦波与三角波幅度比)即可改变输出电压。由于数字调制方式控制简单，实现方便，故选用数字调制方式产生逆变电路的控制信号。

3. 最大功率点跟踪（MPPT）方案

为保证系统正常工作时对外界输出功率保持最大，需要对系统最大功率点跟踪。实际应用中，控制的方法包括恒定电压法、扰动观测法和导纳增量法。恒定电压法控制精度较低。扰动观测法扰动系统的输出电压，通过判断扰动前后输出功率的变化，保证系统的输出功率处于增加的状态。该方法控制思路简单，但是”稳态”时在最大功率点附近处摆动，稳定性较差。而导纳增量法则是根据功率最大点处变化率为空这一特性来实现对最大功率点的跟踪。其控制效果好，稳定度高，但控制算法比较复杂，改变速度较缓慢。本文设计采用扰动观测法和导纳增量法结合的方式，即系统初始时采用扰动法，实现对最大功率点较快的跟踪和确定;系统工作于最大功率点附近时，采用导纳增量法实现稳定的最大功率输出。

4. 频率、相位同步方案

为保证系统输出与参考信号同频同相，通常使用边沿触发法和数字反馈调节法进行调整。边沿触发使用参考信号整形后的边沿对SPWM控制信号触发，控制输出相位与频率，保证同步。该方法响应速度快，但是稳定性差，易于受外部干扰发生误操作。数字式反馈调节则根据参考信号与反馈信号的频率差和相位差对SPWM控制做相应的调整。该方法调整时间相对较长，但控制精度高，由于反馈环节的引入使系统具有较高的稳定性。考虑到系统稳定性和控制精确性，采用数字反馈方式对相位和频率进行跟踪。

二、系统整体结构

系统的整体结构，如图1所示。它主要包括以下三大部分：

(1)功率变换部分

包括模拟光伏电池输入端(直流稳压源US与电阻RS)、DC-AC桥式逆变电路、LC低通滤波、工频隔离变压器和负载。

(2)信号采集

包括逆变部分的输入电压、电流，交流输出端电压、电流，模拟电网的正弦参考信号UREF频率与相位，隔离变压器反馈输出端UF频率与相位。

(3)控制部分

由单片机89S52和FPGA组成，包含SPWM信号产生、同频同相控制、MPPT跟踪、参数测量和显示、人机交互等部分。系统供电采用强电弱电互相隔离的方式，有效地减小了二者之间的串扰，提高了系统的安全性。

三、硬件电路设计

1. DC-AC主回路设计与器件选择

全桥逆变的SPWM波形的产生由FPGA完成，信号经过光耦隔离由IR2110驱动MOSFET管导通，输出通过一阶LC低通滤波滤除高频成分即得到50Hz的正弦波形。该回路的直流输入存在较大的脉动电流，需要前级添加功率解耦电容，采用4700μF的电解电容。

(1)光耦隔离。

由FPGA产生的SPWM波形为四路，两路对称再分别与两路相同，中间间隔一定的死区时间，所以只需要加两路光耦进行隔离即可。

(2)驱动芯片。

IR2110为半桥驱动芯片，只需连接自举电容利用内部自举即可实现对桥路的驱动。芯片还具有欠锁压功能、周期循环边缘触发关机等功能。对于全桥电路只需将两片IR2110驱动各自的半桥即可(见图2)。

(3) LC低通滤波。

逆变桥输出的电压为含有高频分量的SPWM波，所以输出需要加低通滤波才能得到正弦电压。

2. 测频整形部分

电路采用OP07精密低噪运放OP07对信号进行饱和放大, 后级采用低速比较器LM311对信号进行滞回比较。

3.信号采集部分

采集信号包括前级直流输入电压、电流, 后级交流输出电压、电流, 输入参考和反馈信号的频率、相位。直流输入电流值采用电流检测放大器INA206对取样电阻取样后采用线性光耦HCNR201隔离, 直流输入电压则利用电阻分压后经过线性光耦隔离取样, 通过16位低功耗全差分串行Σ-Δ型A/D转换器MAX1416进行采集, 交流信号经电压电流互感器转换后采用14位伪差分串行A/D转换器TLC3578采集。

4. 保护电路

系统具有欠压保护、过流保护以及故障后的自恢复功能。利用单片机监测输入电压Ud和输出电流IO，采用试触方式实现自动恢复功能。当检测到欠压状态和过流状态时，单片机断开继电器，经过4s延时后再次导通电路进行检测，直到故障排除为止。此外系统还附加短路保护和过热保护功能，短路保护电路具有自锁功能。

四、控制程序介绍

1. DC-AC控制

逆变控制以FPGA为核心，通过预存波表、调节调制比与改变寻址指针的方式实现幅度与频率的准确输出。其FPGA内部生成模块见图3。

2. 同频同相控制

相位和频率的跟踪采用等精度测频的方式确定UREF与UF的频率差和相位差，然后通过改变SPWM控制信号的方式进行调节确保二者达到重合。控制流程如图4所示。

3. MPPT控制

MPPT控制采用扰动观测法和导纳增量法结合的方式。初始化时根据给出SPWM初始调制比，然后采用扰动法，改变调节的步长使系统快速调节至最大功率点附近，当调节步长小于一定值时将控制方法转换至导纳增量法，进一步控制系统的输出稳定度。

五、制作/调试过程中遇到的问题

1. A/D转换器的选取

在制作过程中发现实际方案制定时考虑到系统数据采样应该强电与弱电隔离，不同A/D转换器对于直流和交流信号的特性不同，所以选取了两款A/D转换器。但是两款A/D的控制以及噪声系数不同，而二者的采样率不一致也会带来问题。鉴于时间紧迫，最终还是采用最初的方式，也较成功达到了系统的数据采集及相应的指标。

2. 相位跟踪问题

相位跟踪实际上是可以根据测试方法进行灵活选取的。最开始方案设计决定采用PI算法构造环路进行控制，但是实际操作发现P参数和I参数通过实验确定，制作周期会相应增加。然后分析采用数字反馈通过差值进行调节和边沿触发的优劣势。经过多次实验发现确定了采用数字反馈方式进行。虽然响应速度不是特别快，但可以很好的满足系统关于相位跟踪的要求，并且程序稳定性较高。

3. 单片机的选取

开始系统的测试均是通过仿真机仿真89系列单片机工作环境进行的，后来整机测试使用一款MAXIM的高速单片机89C450，但烧片之后系统极不稳定，还将系统的桥路烧毁。分析其原因认为是由于因为工作环境不一样，89系列的工作频率比89C450要低，这样可能会导致程序时序错误。最后决定放弃该高速单片机采用89S52后系统稳定型大幅提高，并且输出波形毛刺得到很大改善。

光伏并网发电系统对电网的影响分析 第10篇

关键词：光伏并网  太阳能  电网  影响

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（b）-0088-01

作为社会发展与科技进步的动力，能源是当前社会进步与发展的基础，与人民生产生活的发展与提高息息相关，随着近年来能源问题的逐渐凸显，诸如对化石能源的利用会造成大量有害气体的产生，进而会导致和加强环境污染和温室效应等等。作为一个发展中的工业大国，我国正面临着工业发展中资源能源不足的严重问题，所以，开发新能源已经成为当前发展中的首要策略。由于太阳能资源丰富，且光伏发电过程具有低碳、清洁的优势，成为了新能源开发利用中的首选。为应对国内局部电荒及部分电力资源浪费的局面，需要研究分析光伏并网发电系统对电网的影响，并制定出针对性的对策，进而推动对光伏并网发电系统的良好应用。

1 光伏并网发电系统的优势

首先，光伏并网组件的安装需要大量的地基，因此可将其建设在荒漠中等，有效减少了地面的蒸发量和对生产用地的占用，在系统的光伏板下种植喜阴类植物，可以保持所在地面的水分等;其次，并网后所发电馈入电网，使得不通过蓄电池就可进行运用，在建设的过程中节省了部分投资，促成了成本的有效降低，还减少了蓄电池对环境所造成的污染，具有良好的环保性;再次，除了大型光伏系统外，光伏并网发电系统还可以实施分布式建设，不仅增强了电力系统对自然灾害的抵御能力，还有效改善了电力系统的负载平衡，进退电网灵活性高，作用巨大[1]。

2 光伏并网发电系统对电网的影响分析

2.1 对继电保护的影响

在光伏电网发电系统运行时，由于处在电能传输的最末端，所以相应的电压等级就较低，加之目前大多为放射型的配电网络，所以其使用中很少会产生转移电流，这一特点使得在电网中早已大量存在的多数继电器不具备方向敏感性。随着现代科技的发展，大量分布式发电系统被大量投入使用，使配电线路上的潮流具有了双向流动的显示可操性。就当前电力系统发展而言，不会因为新增了分布式发电系统而大幅度改动现有的继电保护体系，若其不能与原有的继电保护协调配合以及形成相互适应的关系，就会导致当其他并联分支出现故障时，安装有光伏并网发电系统分支上的继电器出现误动现象。而这种误动，会进一步造成该无故障分支失去主电源。除上述影响外，当光伏并电网发电系统中的功率注入电网时，会导致原来的继电器保护区逐渐变小，对继电保护装置的正常运行造成一定的影响[2]。

2.2 对供电可靠性的影响

光伏并网发电系统在运行时，会影响电力系统尤其是处在网络最末端的配电系统，对其运行的可靠性造成一定的阻碍。例如，当光伏并网系统所处的交流电停电，同时遇到日光照射强度较低的情况，造成最需要电能的输送却不能有效满足需求的结果。除上述情况外，安装地点及与电网的连接方式和配置容量等也严重影响着光伏发电系统的运用可靠性。

2.3 对配电系统实时监控、控制和调节的影响

对比主网，配电网的开关操作以及能源调度和信息采集等相对简单，由供电部门统一管理，统一执行对其的监控和调度。光伏并网电力系统接入后，将大大加重了这一过程的复杂性。为了实现高效的监视、控制和调度，既要增加监控和調度所需的信息，又要以光伏并网发电系统的并网规程为基础重新划分监控和调度的管理职责及责任部门等[3]。

2.4 对电能计量方面的影响

光伏发电并网前，单一方向为电网中电能的基本流向。光伏发电并网后，个别配电网区域内的潮流流向出现了双向的情况。这导致原有的电能计量模式无法满足新时期的电能计量需求，需要针对其运行方式将单项计量模式改为双向计量模式，以适应电能计量的需要。

除此之外，基于光伏并网发电系统的发电成本较高的现状，在其运用的过程中，也要考虑到计量系统中合理地反映电价差别等方面，这也是对电网发展的影响。

2.5 对电网运行经济性的影响

作为常规能源的补充，光伏发电运用了太阳能这种取之不尽的清洁能源，从近期或远期的应用来看，其对环境的保护和对能源战略的实施都具有很重大的现实意义，对对电网的运行影响体现在下几方面：

从环境保护来看，因为光伏发电运用的是太阳能，具有季节性的特点，不会威胁到人类的生存环境，还可为人类的节约大量的环保开销。

从太阳能使用的广泛性和方便性来看，阳光无处不在，运用方便，可以解决诸如通信、信号电源等需求的特殊需要，应用领域十分广泛，也会产生巨大的经济效益。

2.6 其他方面的影响

在光伏并网发电系统的运行过程中，当电网发生故障时，光伏并网发电系统可能会解列运行。当再次接入电网时，在同期过程中，应考虑其对电网产生的冲击作用，应当通过一定的控制策略和手段，来尽量减少对电网的冲击。此外，光伏并网发电系统最大发电效率的孤岛系统，其检测技术、跟踪技术等也会对该类系统运行的稳定性造成一定的影响，进而对电网的静态及动态安全特性产生影响，不利于两者的结合运用。

3 结语

综上所述，新时期的电力系统发展中，光伏并网发电系统对电网的影响涉及到用电的方方面面，诸如对继电保护的影响、对配电系统的实时监控、控制和调节的影响等等，在未来的电力发展中占有重要的位置。基于此，我们应对其对电网的积极影响积极应用，进而改善其不利方面的影响，为我国的电力发展和人民生产生活水平的提高打下坚实的基础。

参考文献

[1] 陈炜，艾欣，吴涛，等.光伏并网发电系统对电网的影响研究综述[J].电力自动化设备，2013（2）：26-32+39.

[2] 刘建涛，张建成，马杰，等.储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析[J].电网与清洁能源，2011（7）：62-66.

风力发电机组并网方式初探 第11篇

全球化能源危机日益严重,使得世界各国开始重视开发和利用可再生、无污染的能源,我国也不例外。中国是世界上最大的能源生产国和消费国之一,能源危机严重制约着国民经济的发展。而风电作为一种新型可再生能源,具有施工周期短、维护费用低、清洁无污染、不消耗任何燃料等优点,并且在中国风电资源也有着它独有的优势:首先中国的风能资源丰富,主要集中在西北、华北和东北;其次风电制造业发展迅速,从小功率风电机组的批量生产到大功率风电机组的批量生产,我国将逐步进入全球风电设备生产大国的行列;在中国风力发电发展空间大,政府对可再生能源的长期规划将引导风力发电产业快速发展[1~2]。

风力发电是目前新能源开发技术最成熟,也是最有规模化商业开发前景的发电方式之一,是世界上增长最快的新能源之一,在新能源发电装机容量中位居第一位。根据欧洲风能协会和绿色和平组织签署的《风力12——关于2020年风电达到世界电力总量12%蓝图》的报告,期望并预测2020年全世界的风力发电装机将达到12.31亿k W,年安装量达到1.5亿k W,届时风力发电量将占到全世界发电总量的12%。但是风力发电机组的可控性远不如火力和水力发电机组,因为风力发电的基本原理是天然风吹转叶片获得机械能,经过机械传动,通过齿轮箱提高转速带动发电机转子旋转发电[3],而作为原动机的风力机,其出力主要由自然界风速变化决定,所以人们只能在一定程度上进行控制,风力发电并网已成为首要问题。

根据发电机的运行特征和控制技术,风力发电技术一般分为恒速恒频(Constant Speed Constant Frequency,简称CSCF)风力发电技术和变速恒频(Variable Speed Constant Frequency,简称V S C F)风力发电技术。

1、恒速恒频风力发电机的并网

恒速恒频风力发电系统具有结构简单、成本低、过载能力强以及运行可靠性高等优点,是过去几年主要的风力发电设备[4]。但是在恒速恒频风力发电系统中,其发电设备主要是异步风力发电机,而异步风力发电机运行时,靠转差率来调整负荷,可直接并网,也可通过晶闸管调压装置与电网相连接。但是异步风力发电机在并网瞬间会出现较大的冲击电流,而过大的冲击电流会使发电机与电网连接的主回路中的自动开关断开,同时造成电压大幅度下降,使得低压保护动作,导致无法并网[5]。另外,异步发电机自身不发无功功率,需要无功补偿,当输出功率超出其最大转矩所对应的功率会引起网上飞车[6],因此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,国内外采用的异步风力发电机的并网方式主要有以下四种:直接并网,准同期并网,降压并网以及采用双向晶闸管控制的软切入法的并网方式。

1.1 直接并网方式

采用这种方式时要求发电机的相序与电网的相序相同,发电机转速接近(一般达到9 9%~1 0 0%)同步转速时即可并网。

1.2 准同期并网方式

采用这种方式时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

1.3 降压并网方式

采用这种方式时在异步电机与电网之间串接电阻、电抗器或自耦变压器,以降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电抗器等要消耗功率,在发电机并入电网进入稳态时,再将其短接[7]。

1.4 采用双向晶闸管控制的软切入法的并网方式

采用这种方式时在异步发电机定子与电网之间每相串入一只双向晶闸管,接入的目的是将发电机并网瞬间的冲击电流控制在允许的限度内。当发电机达到同步速附近时,发电机输出端的短路器闭合,发电机组通过双向晶闸管与电网相连,通过电流反馈对双向晶闸管导通角控制,将并网时的冲击电流限定在额定电流1.5倍以上,从而得到一个比较平滑的并网过程,正常运行时,双向晶闸管被短接。

2、变速恒频风力发电机组的并网

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双馈感应发电机系统和直接驱动的同步发电机系统。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,但是它缺点是结构复杂、成本高、技术难度大。

2.1 双馈式风力发电机及其并网

双馈风力发电技术是应用最广泛的风力发电技术之一。尤其是双馈感应发电机,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,至今已逐渐发展成风力发电的主流设备。双馈风力发电机为定子绕组直接接入交流电网,转子绕组由频率、幅值、相位可调的变流器提供三相低频励磁电流的新型电机[8],当转子绕组通过某一频率的交流电时,就会产生一个相对转子旋转的磁场,此时会在电机气隙中形成一个同步旋转磁场,转子的实际转速加上交流励磁电流产生的旋转磁场所对应的转速等于同步转速,从而改变了双馈电机定子电动势与电网电压向量的相对位置,也即改变了电机的功率角,因此有调节无功功率出力的能力。

由于风力发电机变速运行,其运行速度能在一个较宽的范围内调节,使风机风能利用系数CP得到优化,获得较高的系统效率,可以实现发电机较平滑的量,减少发电机温度变化[9]。

在双馈风力发电机的起动阶段,需要对发电机进行并网前控制以满足并网条件,即发电机定子电压和电网电压的幅值、频率、相位、相序均相同,才能使发电机安全地切入电网,进入正常的并网发电运行模式[10]。

当前,双馈风力发电机组的并网方式主要有以下三种:空载并网,独立负载并网以及孤岛并网方式。

2.1.1 空载并网方式

采用这种方式通过引入定子磁链定向技术对发电机输出电压进行测节。使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率、相位和幅值一致,满足并网条件时进行并网操作。

2.1.2 独立负载并网方式

采用这种方式的思路是:并网前发电机带负载运行,对发电机和负载进行控制,在满足并网条件时进行并网。这种并网方式的特点是,发电机具有一定的能量调节作用,降低了对原动机的调速能力要求,但是这种并网方式控制起来非常复杂,所需要的信息不仅取自于电网侧,同时还取自于定子侧。

2.1.3 孤岛并网方式

采用这种方式并网前需要形成能量环路,这个能量环路是这样形成的:首先进行预充电过程,当风力发电机启动后且发电机转速达到励磁范围时开始励磁,电网从预充电变压器经直流整流器向双P W M变流器的直流母线电容充电,用以激励整个系统,当定子电压达到额定值(控制器通过控制电机侧的逆变器使发电机定子发电电压达到额定值)时,发电机定子输出和转子输入与双P W M逆变器分别连接,形成独立能量环路。当发电机转速达到并网转速,控制系统将调节发电机电压与电网电压同步,同步后,并网。综上所述,这种并网方式可分为三个阶段,即励磁阶段,孤岛运行阶段以及并网阶段。

2.2 直接驱动的同步发电机

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,可省去增速齿轮箱,减少风力发电机的体积和重量,也降低噪声和维护费用。其发电机主要采用低速永磁同步发电机,具有性能好、效率高、无需励磁、体积小、重量轻的特点[11]。这种发电系统拓扑结构较简单,控制方法

为保证并网瞬间发电机与电网上的电压、频率及相序一致,通过控制器采集电网电压、频率及相序等参数,然后与逆变器输出电压等参数比较。当达到并网条件时进行并网。此种并网方式在并网瞬间不会产生冲击电流,不会引起电网电压的下降,也不会对发电机定子绕组及其他机械部件造成损坏。

3、结束语

近几年中国风电事业高速发展,随着风力发电机组容量的增大,在并网时对电网的冲击也越来越大。本文根据发电机组的特点,分别对恒速恒频和变速恒频风电机组的三种发电机的并网方式进行了初步的讨论。根据实际情况选择合理的并网技术是一个非常重要的问题,因为这直接关系到整个电网的正常运行。

摘要：风能是一种清洁的可再生能源,而风力发电可以有效地利用风能,我国的风电事业高速发展,但是仍存在着许多实际问题,风力发电机组的并网问题首当其冲。只有通过对各种风力发电机自身及其并网方式的研究,才能在实际中根据实际情况来选择相应的并网方式。本文对当前各种类型风力发电机组并网方式进行初步探讨,指出随着风力发电机组容量的增大,在并网时对电网的冲击也会越来越大,因此,不断改进现有的风电并网技术,减少对电网运行稳定性的影响是今后迫切需要解决的问题。