武 钢:关于风力发电场与电网的关列运行

     由于异步发电机并网方法比同步发电机简单而且并网后不会产生振荡和失步问题，因此目前国内外的风力机基本上均采用异步发电机。风力机单机容量的发展已由以前的10～30kW~0目前的150～400kW，因此在并网方法上，直接并网法由于要产生较大的冲击电流引起电网电压瞬间下降而不被采用，目前比较先进的并网方法为由双向可控硅控制的软投入法，它使得较大容量的风力机及风电场与电网的并网运行成为可能。其工作原理如下：当由风轮带动的发电机旋转至接近同步转速时(同步转速取决于电网频率和磁极对数)，发电机出口空气开关闭合，使发电机经一组双向可控硅与系统连接，双向可控硅的控制角由180。至0逐渐打开，双向可控硅的导通角则由0至180。逐渐增大，在电机并网初瞬阶段异步发电机是作为电动机运行，其转差率逐渐趋于零，由于转差及双向可控硅导通角的限制，并网时冲击很小，可以得到一个非常平滑并网过程，随着转速的增加并超过同步转速，电机开始向电网输送有功，风越大，则电机获得的机械功率越多，转差的绝对值越大，发出的电也就越多，在发电机转差率为零时双向可控硅被一组开关短接，从而结束了风力发电机的并网过程，同时也开始了向电网的发电过程。
    五、关于风电场的输出特性               
    风速的随机性是影响风能利用的因素之一，但是随着风电事业的发展，及对风电场运行资料的记录与整理，使得人们对于风速的变化规律有了越来越深刻的了解，因此利用气象资料来预报风电场的大致出力已经不是十分困难的事情。那么随着风速的变化风电场的出力是如何变化的呢?我们说风电场的出力变化也就是每台风力机的输出变化。            
    风力机叶轮从风中所能获得的最大功率为1/2Vs11其中q为叶轮的最大效率，取值为0．593，p为空气密度A为扫风面积，由叶片的长度决定V为风速               
    从上式不难看出在风力机已制成后，风力机叶轮所得的最大功率与风速的8次方成函数关系，除去机械损耗及发电机损耗我们可以近似的认为发电机的输出是风速的函数，但在实际的运行中发电机输出与风速的关系并不是如此简单，它涉及复杂的空气动力学的理论，在一定的风速范围内，我们可以用上述公式来描述风力机的输出变化过程，随着风速的提高输出功率也急剧提高，同时电磁阻力矩也随之增加，二者相互作用从而达到了一个动态平衡过程，由于电磁阻力矩的存在，及其空气动力学的特性，风力机在超过其额定风速后输出变得平滑，而且随风速的增加输出功率略有下降，在额定风速之前风力机输出功率是随风速增加而增加的。从风速的日变化曲线中，我们可以看出风速是随时间在一定的范围内进行变化的，也就是说风电场的出力在一天之内在一定的范围之内变化，但是系统负荷的变化规律并不由风速的变化来决定，从这个意义上来说，风电场输出的随机变化不利于电网的运行，当风电场容量较大时可以利用风力提水贮能电站来使电网的功率达到平衡(风大时多抽水贮能，风小时利用抽水贮能获得的水的势能多发电)。根据国外的研究资料表明，在风电场容量不超过电网容量5％时，这种风电场输出的随机变化可以由火电厂或水电站的调速装置自动调节来弥补，能保证系统处于平衡状态。            
    六、关于风电场的无功补偿问题               
    风电场的无功补偿是值得引起注意的问题，因为异步机发电时需要无功来建立磁场，面且随着有功输出的不断增加，无功也在增加，即当风力发电机的有功输出不是一个恒定值时，其所需无功也不是一个恒定值。               
    对于风电场容量不大且离主电网电气距离较近的风电场来说，无功补偿问题还显得不十分严重。因为此时可以靠电源的自动励磁调节器来进行自动调节。但是当风电场容量较大或远离电网时，由于风场要吸收较大量的无功且造成线路上的电压损失增加，同时对于电网中主力发电机的经济运行也是十分不利的，因此必须加装无功补偿装置。