风力发电原理及其并网运行特点

风力发电能量转换过程是:风能→机械能→电能。风电机组的有功功率与风速特性曲线如图2所示。当风速小于切入风速Vcut-in(一般为3m/s),有功功率为零;当风速大于切入风速Vcut-in,风电机组投入运行,有功功率随着风速增大而增加;当风速达到额定风速Vr,有功功率达到最大值;当风速超过额定风速Vr,风机通过变桨距保持有功功率恒定为最大值;当风速超过切出风速Vcut-out(一般为25m/s,最新的5MW风机可达30m/s),风机将停机。

　1. 风电并网运行的主要特点

一般而言,大型风电场的并网运行多具有以下特点:

(1)输入风能的变化有随机性;风力发电以自然风为原动力,自然风不可控,并且风能很难大量存储,因此,风电机组有功功率规律性差,难以预测。

(2)大多风电场距电力主系统和负荷中心较远,所以一般风电场与薄弱地方的电力系统相连;风能资源丰富地区一般距离负荷中心较远,大规模的风力发电无法就地消纳,需要通过输电网远距离输送到负荷中心。

(3)风电场单机容量小、数量多。风能的能量密度低,要获得相同的发电容量,风力机尺寸比相应的水轮机大几十倍,限制了风电机组的单机容量,目前世界上投运的最大风电机组仅为5MW。

(4)含异步发电机的风力发电机组运行时向电网送有功功率、吸无功功率;固定转速风电机组——异步发电机吸收无功功率,无功功率不可控;而变速风电机组——双馈异步电机和直驱风电机组——永磁同步机无功功率可控,目前国内风电机组一般按照恒功率因数控制(功率因数通常为1.0)。