风力发电与并网技术的研究
班级：电气07k8 姓名：陈雪娇 学号：071909030205
一、 前言
随着经济社会的发展,人类对能源的需求量将会越来越大。然而,人类对能源的过度开采利用,势必造成资源的日益枯竭,如何找到一种新型能源来摆脱能源危机成了世界普遍关注的热点。新能源发电主要是指利用风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热能等各种新型可再生能源进行发电。而风力发电是当今非水可再生资源发电技术中最成熟最具有大规模开发条件和商业化前景的发展方式, 风力发电在我国已经成为继水电之后最重要的可再生能源, 是近期发展的重点。随着风电行业的技术进步, 风力发电成本逐步降低, 在经济性上已经能够与核能发电、水力发电展开竞争。风电是一种新型可再生能源 ，同时风电也是一种分布式电源。分布式发电是一种新兴的能源利用方式，与传统的集中式能源相比，分布式发电具有投资小、发电方式灵活、损耗低、利于环保等优点，对于高峰期电力负荷比集中供电更经济、有效，因此已成为现代电力系统规划中重要的研究方向。分布式发电与大电网联合运营，更被国内外许多专家学者认为是降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，同时也是我国电力工业未来的发展方向[1]。
国外的新能源发电以分散接入为主，我国由于资源状况与经济发展区域的逆向分布，决定了新能源发电具有大规模集中接入的特点。与常规电源相比，大多数新能源发电方式提供的电力具有显著的间歇性和随机波动性[2]，当并网规模较大时，将给配电网乃至输电网的电压、电能质量、系统保护和调度运行等带来一系列的影响，并联模式下电网的监控和管理面临很多技术上的难题。智能电网技术有机融合了高级传感、通信、自动控制等技术，具有自我管理、自我恢复、兼容性强等特点。通过合理的应用智能电网技术，能在风电接入电网后，实现实时互动和协调运行。智能电网与传统电网的重要区别之一即为智能电网能够使分布式能源、可再生能源与现有电力系统有机融合；支持分布式发电方式友好接入以及可再生能源的大规模应用，并推动实现“即插即用”的标准化[3]。智能电网建设中的一个重要方面是解决以风能为代表的可再生能源发电的接入问题。 二、国内外的研究现状
（一）、风力发电在国内外的应用
我国的风电装机容量2008 年底累计达到13242 MW，位居世界第四。其中新增装机容量6 300MW，仅次于美国，位居世界第二。目前国内有大小风电场近百家, 主要分布在三北地区(东北、华北和西北地区)和东南部沿海, 三北地区以内蒙古和东北三省等省份分布较为密集。代表性的千万千瓦级风电基地有：甘肃酒泉风电基地。同时,
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哈密东南部和北部三塘胡淖湖风区的2 000万kW 风电场也已经规划完毕, 准备进入施工阶段。中国有相当大的地区有着丰富的风能资源, 具有很大的开发利用价值, 商业化、规模化的潜力很大。
欧洲和美国在风电市场中占统治地位,其中:德国是目前风电装机容量最大的国家,装机容量超过20 GW;美国和西班牙也都超过了10 GW;印度是除美国和欧洲之外新装机容量最大的国家,装机总容量也超过6 GW。国际能源署IEA ( International Energy Agency)在2008年颁布的《2050年能源技术情景》中判断,2010—2050年,全球风电平均每年增加70 GW,风电将成为一个庞大的新兴电力市场。2007年,全球风电新装机容量约为20 GW,累计装机94 GW[5]。
（二）、并网技术
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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、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。直接并网法对电网冲击大, 有较大的瞬间冲击电流。
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，将发电机投入电网运行。准同步周期法对电网冲击小, 但是需要同步调相机及电容器,增加了机组的成本。
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。降压并网法降压起动经济性差, 只是用于小容量风机。
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。采用晶闸管双向软并网技术可以得到一个平稳的过渡过程而不会出现冲击电流, 可使并网电流控制在一定范围内, 大幅降低并网时的冲击电流,增加风机的使用寿命和可靠性。
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通过对上述并网方式的分析知道，目前,大型异步风力发电机都采用软并网方式。采用晶闸管软并网系统可以有效抑制冲击电流, 使失速型异步风力发电机组平稳并网。但是当接入电网的风机容量不断增大时, 这种不确定性会对电网的正常运行产生较大影响, 甚至威胁电网的安全稳定运行。因此, 研究风电系统的稳定性具有重要的意义[8] 。而文献[9]引入储能装置与风力发电系统相结合, 由储能系统调节风电输出功率。由于储能系统具有普遍可获得性, 且对任何风速和运行点都可以进行补偿, 因此有可能被广泛采用。结合储能系统来研究改善风能发电的稳定性,提高发电及接入系统的稳定运行成为风电并网运行中的重要问题[10]。
（三）、风力发电并网后对电力系统的影响
风力发电接入电网后，配电网从放射状结构变为多电源结构，这对原有电力系统产生了一定的影响，可主要概括如下：
1、对系统规划问题的影响
电力系统的负荷预测和规划问题会随着风力发电的接入而变得更加复杂化。一方面，风力发电分散性的特点使得系统负荷增长情况变得更加难以预测，继而影响系统的后续规划；另一方面，众多网络结构中寻找最优布置方案的问题也随着发电机节点的增多而变得更加复杂[11-12]。
2、对配电系统稳定性的影响。
风力发电并网时，会对电网的潮流、电压和运行稳定性产生一定的影响。造成这些影响的主要原因是原有系统中潮流的单项模式由于风力发电的接入而发生了改变。电网潮流大小和方向的改变将直接影响电压的稳定性，甚至导致开关电容器组等电压调整设备出现异常。此外，当分风力发电中流向变电所的潮流足够大时，可能会导致周围设备过负载，从而影响到系统供电的稳定性[12-16]。
3、对电能质量的影响。
风力发电联网运行后，可能引起系统电压和频率的偏差、电压波动和闪变等问题，从而影响到系统的电能质量。
4、对短路电流和继电保护的影响。
当风力发电与电网连接处的逆功率继电器发生故障时，短路瞬间会有电流从风力发电注入配电网。这种情况下，如果电源的功率较大，非常容易造成电网中的开关短路电流超标，因此，风力发电对电网短路电流的影响程度必须事先进行分析和计算
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。
在放射状电力系统中，清除故障只需要跳开系统侧的断路器就能完成，风力发电
接入配电网后，配电网的结构发生了改变。当配电网发生故障时，除了系统向故障点提供故障电流外，风力发电也将对故障点提供故障电流，改变了配电网中故障电流大小、持续时间及其方向，因此，继电保护装置也变得更加难以控制。
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5、配电系统的实时控制问题。
原有配电系统中的实时监控、控制和调度是由供电部门统一来执行的。分布式电源接入后，原先的无源放射状电网发生了根本性的改变，使得信息采集、开关操作和能源调度等过程变得更加复杂。新增信息的监控、控制以及如何执行等问题需要重新予以审定。
综上所述，分布式电源接入电网后，将给配电网乃至输电网的电压、电能质量、系统保护和调度运行等带来一系列的影响，而智能电网技术的发展正为分布式电源的无缝并网提供了契机。 三、总结和展望
目前在并网风电方面的研究主要集中在风电场侧的技术，而较少从整个电网安全的角度系统地研究电源的控制和保护问题。随着风电规模的不断扩大，网源协调问题日益突出。为此，有必要加强大规模风电接入后的网源协调技术研究，以提高电网接纳风电的能力，保障大规模风电接入后电力系统的安全稳定运行。
本课题将通过了解新能源发电技术的应用背景及意义与风力发电技术和并网技术的国内外的应用情况及研究动态，学习风力发电的工作原理和并网技术，学习使用Matlab仿真软件，并用仿真软件搭建风力发电系统的仿真模型。在本文中我将使用Matlab仿真软件，通过SIMULINK组建模块，利用Matlab编程实现电压电流的仿真，并对仿真波形进行分析。根据仿真分析结果设计并网策略及方案。 四 、参考文献
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