武 鋼:關于風力發電場與電網的關列運行

     由于異步發電機并網方法比同步發電機簡單而且并網后不會產生振蕩和失步問題，因此目前國內外的風力機基本上均采用異步發電機。風力機單機容量的發展已由以前的10～30kW~0目前的150～400kW，因此在并網方法上，直接并網法由于要產生較大的沖擊電流引起電網電壓瞬間下降而不被采用，目前比較先進的并網方法為由雙向可控硅控制的軟投入法，它使得較大容量的風力機及風電場與電網的并網運行成為可能。其工作原理如下：當由風輪帶動的發電機旋轉至接近同步轉速時(同步轉速取決于電網頻率和磁極對數)，發電機出口空氣開關閉合，使發電機經一組雙向可控硅與系統連接，雙向可控硅的控制角由180。至0逐漸打開，雙向可控硅的導通角則由0至180。逐漸增大，在電機并網初瞬階段異步發電機是作為電動機運行，其轉差率逐漸趨于零，由于轉差及雙向可控硅導通角的限制，并網時沖擊很小，可以得到一個非常平滑并網過程，隨著轉速的增加并超過同步轉速，電機開始向電網輸送有功，風越大，則電機獲得的機械功率越多，轉差的絕對值越大，發出的電也就越多，在發電機轉差率為零時雙向可控硅被一組開關短接，從而結束了風力發電機的并網過程，同時也開始了向電網的發電過程。
    五、關于風電場的輸出特性               
    風速的隨機性是影響風能利用的因素之一，但是隨著風電事業的發展，及對風電場運行資料的記錄與整理，使得人們對于風速的變化規律有了越來越深刻的了解，因此利用氣象資料來預報風電場的大致出力已經不是十分困難的事情。那么隨著風速的變化風電場的出力是如何變化的呢?我們說風電場的出力變化也就是每臺風力機的輸出變化。            
    風力機葉輪從風中所能獲得的最大功率為1/2Vs11其中q為葉輪的最大效率，取值為0．593，p為空氣密度A為掃風面積，由葉片的長度決定V為風速               
    從上式不難看出在風力機已制成后，風力機葉輪所得的最大功率與風速的8次方成函數關系，除去機械損耗及發電機損耗我們可以近似的認為發電機的輸出是風速的函數，但在實際的運行中發電機輸出與風速的關系并不是如此簡單，它涉及復雜的空氣動力學的理論，在一定的風速范圍內，我們可以用上述公式來描述風力機的輸出變化過程，隨著風速的提高輸出功率也急劇提高，同時電磁阻力矩也隨之增加，二者相互作用從而達到了一個動態平衡過程，由于電磁阻力矩的存在，及其空氣動力學的特性，風力機在超過其額定風速后輸出變得平滑，而且隨風速的增加輸出功率略有下降，在額定風速之前風力機輸出功率是隨風速增加而增加的。從風速的日變化曲線中，我們可以看出風速是隨時間在一定的范圍內進行變化的，也就是說風電場的出力在一天之內在一定的范圍之內變化，但是系統負荷的變化規律并不由風速的變化來決定，從這個意義上來說，風電場輸出的隨機變化不利于電網的運行，當風電場容量較大時可以利用風力提水貯能電站來使電網的功率達到平衡(風大時多抽水貯能，風小時利用抽水貯能獲得的水的勢能多發電)。根據國外的研究資料表明，在風電場容量不超過電網容量5％時，這種風電場輸出的隨機變化可以由火電廠或水電站的調速裝置自動調節來彌補，能保證系統處于平衡狀態。            
    六、關于風電場的無功補償問題               
    風電場的無功補償是值得引起注意的問題，因為異步機發電時需要無功來建立磁場，面且隨著有功輸出的不斷增加，無功也在增加，即當風力發電機的有功輸出不是一個恒定值時，其所需無功也不是一個恒定值。               
    對于風電場容量不大且離主電網電氣距離較近的風電場來說，無功補償問題還顯得不十分嚴重。因為此時可以靠電源的自動勵磁調節器來進行自動調節。但是當風電場容量較大或遠離電網時，由于風場要吸收較大量的無功且造成線路上的電壓損失增加，同時對于電網中主力發電機的經濟運行也是十分不利的，因此必須加裝無功補償裝置。