【文章內(nèi)容簡介】 通過每相串入一只雙向晶閘管連接起來，三相均有晶閘管控制。接入雙向晶閘管的目的是將發(fā)電機并網(wǎng)瞬間的沖擊電流控制在允許的限度內(nèi)。其并網(wǎng)過程如下：當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組接收到由控制系統(tǒng)內(nèi)微處理機發(fā)出的啟動命令后，先檢查發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序是否一致，若相序正確，則發(fā)出風(fēng)力發(fā)電機組開始啟動的命令。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時（約為99%～100%同步轉(zhuǎn)速），雙向晶閘管的控制角同時由180176。到0176。逐漸同步打開；與此同時，雙向晶閘管的導(dǎo)通角則同時由0176。到180176。逐漸增大，異步發(fā)電機即通過晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)；隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，電機的滑差率逐漸趨于零，當(dāng)滑差率為零時，并網(wǎng)自動開關(guān)動作，雙向晶閘管被短接，異步發(fā)電機的輸出電流將不再經(jīng)雙向晶閘管，而是通過已閉合的自動開關(guān)直接流入電網(wǎng)。在發(fā)電機并網(wǎng)后，應(yīng)立即在發(fā)電機端并入補償電容，將發(fā)電機的功率因數(shù)（COSφ）。這種軟并網(wǎng)方法的特點是通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，將發(fā)電機并網(wǎng)瞬間的沖擊電流值限制在規(guī)定的范圍內(nèi)（，從而得到一個平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過程。通過晶閘管軟并網(wǎng)方法將風(fēng)力驅(qū)動的異步發(fā)電機并入電網(wǎng)是目前國內(nèi)外中型及大型風(fēng)力發(fā)電機組中普遍采用的，中國引進和自行開發(fā)研制生產(chǎn)的250KW、300KW、600KW的并網(wǎng)型異步風(fēng)力發(fā)電機組，都是采用這種并網(wǎng)技術(shù)。 (4)雙速異步發(fā)電機的并網(wǎng)目前在與電網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)能的隨機性，風(fēng)速的大小經(jīng)常變化，為滿足風(fēng)速的變化，充分利用低速時的風(fēng)能，增加全年的發(fā)電量，近年來廣泛采用雙速異步發(fā)電機。其并網(wǎng)方法是當(dāng)風(fēng)速傳感器測量的風(fēng)速達到啟動風(fēng)速，（～）以上，并連續(xù)維持達5～10min時，控制系統(tǒng)計算機發(fā)出啟動信號，風(fēng)力機開始啟動，此時發(fā)電機被切換到小容量低速繞組，根據(jù)預(yù)定的啟動電流，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，通過晶閘管接入電網(wǎng)，異步發(fā)電機進入低功率發(fā)電狀態(tài)。若風(fēng)速傳感器測量的1min平均風(fēng)速遠超過啟動風(fēng)速，則風(fēng)力機啟動后，發(fā)電機被切換到大容量高速繞組，當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，根據(jù)預(yù)定的啟動電流，通過晶閘管接入電網(wǎng)，異步發(fā)電機進入高效率發(fā)電狀態(tài)。 (5)雙饋異步發(fā)電機的并網(wǎng)應(yīng)用具有繞線轉(zhuǎn)子的雙饋異步發(fā)電機與電力電子技術(shù)的IGBT變頻器及PWM控制技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)變速運行的風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出恒頻恒壓的電能，并與電網(wǎng)連接。其并網(wǎng)方法為雙饋發(fā)電機定子三相繞組直接與電網(wǎng)相聯(lián),轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)交—交循環(huán)變流器聯(lián)入電網(wǎng)。這種系統(tǒng)并網(wǎng)運行的特點如下：1) 風(fēng)力機啟動后帶動發(fā)電機至接近同步轉(zhuǎn)速時，由循環(huán)變流器控制進行電壓匹配、同步和相位控制，以便迅速地并入電網(wǎng)，并網(wǎng)時基本上無電流沖擊。對于無初始起動轉(zhuǎn)矩的風(fēng)力發(fā)電機組(如達里厄型風(fēng)力發(fā)電機組)，風(fēng)力發(fā)電機組在靜止?fàn)?，可由雙饋電機運行于電動機工況來態(tài)下的啟動實現(xiàn)。2) 風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可隨負載的變化及時做出相應(yīng)的調(diào)整，使風(fēng)力發(fā)電機組以最佳葉尖速比運行，產(chǎn)生最大的電能輸出。3)雙饋發(fā)電機勵磁可調(diào)量有3個：勵磁電流的頻率、幅值和相位。調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率,保證發(fā)電機在變速運行的情況下發(fā)出恒定頻率的電力；通過改變勵磁電流的幅值和相位，可達到調(diào)節(jié)輸出有功功率和無功功率的目的。當(dāng)轉(zhuǎn)子電流相位改變時,由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場在電機氣隙空間的位置有一個位移，從而改變了雙饋電機定子電動勢與電網(wǎng)電壓向量的相對位置，也即改變了電機的功率角，所以，調(diào)節(jié)勵磁不僅可以調(diào)節(jié)無功功率，也可以調(diào)節(jié)有功功率。由風(fēng)力機驅(qū)動同步發(fā)電機經(jīng)變頻裝置與電網(wǎng)并聯(lián)，這種系統(tǒng)并聯(lián)運行的特點如下：(1) 由于采用頻率變換裝置進行輸出控制，因此并網(wǎng)時沒有電流沖擊，對系統(tǒng)幾乎沒有影響。(2) 為采用交直交轉(zhuǎn)換方式，同步發(fā)電機組工作頻率與電網(wǎng)頻率是彼此獨立的，風(fēng)輪及發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以變化，不必擔(dān)心發(fā)生同步發(fā)電機直接并網(wǎng)運行可能出現(xiàn)的失步問題。(3) 由于頻率變換裝置采用靜態(tài)自勵式逆變，雖然可以調(diào)節(jié)無功功率，但是有高頻電流流向電網(wǎng)。(4) 在風(fēng)電系統(tǒng)中使用阻抗匹配和功率跟蹤反饋來調(diào)節(jié)輸出負荷，可使風(fēng)力發(fā)電機組按最佳效率運行，向電網(wǎng)輸送更多的電能。由風(fēng)力機直接驅(qū)動低速交流發(fā)電機，通過工作速度快、驅(qū)動功率小、導(dǎo)通壓降低的IGBT逆變器并網(wǎng)。這種系統(tǒng)并聯(lián)運行的特點如下：(1) 由于不采用齒輪箱，機組水平軸向的長度大大減小，電能生產(chǎn)的機械傳動路徑縮短，避免了因齒輪箱旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的損耗、噪音等。(2) 由于發(fā)電機具有大的表面，散熱條件更有利，使發(fā)電機運行時的溫升減低，減小發(fā)電機溫升的起伏。定槳距是指槳葉與輪轂的連接是固定的，槳距角固定不變，即當(dāng)風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產(chǎn)生渦流，效率降低，來限制發(fā)電機的功率輸出。為了提高風(fēng)電機組在低風(fēng)速時的效率，通常采用雙速發(fā)電機（即大/小發(fā)電機）。在低風(fēng)速段運行的，采用小電機使槳葉具有較高的氣動效率，提高發(fā)電機的運行效率。失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點是失速調(diào)節(jié)簡單可靠，當(dāng)風(fēng)速變化引起的輸出功率的變化只通過槳葉的被動失速調(diào)節(jié)而控制系統(tǒng)不作任何控制，使控制系統(tǒng)大為簡化。將定槳距失速調(diào)節(jié)型與變槳距調(diào)節(jié)型兩種風(fēng)力發(fā)電機組相結(jié)合，充分吸取了被動失速和槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點，槳葉采用失速特性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用變槳距調(diào)節(jié)。在低風(fēng)速時，將槳葉節(jié)距調(diào)節(jié)到可獲取最大功率位置，槳距角調(diào)整優(yōu)化機組功率的輸出；當(dāng)風(fēng)力機發(fā)出的功率超過額定功率后，槳葉節(jié)距主動向失速方向調(diào)節(jié)，將功率調(diào)整在額定值以下，限制機組最大功率輸出，隨著風(fēng)速的不斷變化，槳葉僅需要微調(diào)維持失速狀態(tài)。制動剎車時，調(diào)節(jié)槳葉相當(dāng)于氣動剎車，很大程度上減少了機械剎車對傳動系統(tǒng)的沖擊。3 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響在電力系統(tǒng)中,發(fā)電廠一般都接在輸電網(wǎng)上,負荷則直接與配電網(wǎng)相連,電能是從輸電網(wǎng)流向配電網(wǎng)的。輸電網(wǎng)一般呈環(huán)狀結(jié)構(gòu),電壓等級高,網(wǎng)絡(luò)損耗小。配電網(wǎng)則呈樹狀,結(jié)構(gòu)松散,電壓低,網(wǎng)損較大。若是風(fēng)電廠接入配電網(wǎng),則減少了輸電網(wǎng)向該地區(qū)輸送的電力,既緩解了電網(wǎng)的輸電能力,一般也會降低系統(tǒng)的網(wǎng)損。在潮流問題上,主要的研究熱點在于風(fēng)電廠的模型。最簡單的是ＰＱ模型,根據(jù)風(fēng)電廠的有功功率和功率因數(shù),估算風(fēng)電廠吸收的無功功率,然后作為一個普通的負荷節(jié)點加入潮流程序。也有學(xué)者建立ＲＸ模型,把感應(yīng)電機的滑差表示成端電壓、有功功率和等值支路阻抗的函數(shù),給定初始滑差和風(fēng)速,計算風(fēng)機的電功率和機械功率,根據(jù)兩者的差值修正滑差,反復(fù)迭代,直至收斂。風(fēng)資源的不確定性和風(fēng)電機組本身的運行特性使風(fēng)電機組的輸出功率是波動的,可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量,如電壓波動和閃變、電壓偏差以及諧波等。影響風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生電壓波動和閃變的因素有很多:并網(wǎng)風(fēng)電機組在啟動、停止和發(fā)電機切換過程中會產(chǎn)生電壓波動和閃變。隨著風(fēng)速的增大,風(fēng)電機組產(chǎn)生的電壓波動和閃變也不斷增大。風(fēng)電給系統(tǒng)帶來諧波的途徑主要有兩種:一種是風(fēng)力發(fā)電機本身配備的電力電子裝置可能帶來諧波問題。另外一種是風(fēng)力發(fā)電機的并聯(lián)補償電容器可能和線路電抗發(fā)生諧振。風(fēng)電并網(wǎng)引起的穩(wěn)定問題主要是電壓穩(wěn)定問題。風(fēng)力發(fā)電出力隨風(fēng)速大小等因素而變化,同時由于風(fēng)能資源分布的限制,風(fēng)電廠大多建設(shè)在電網(wǎng)的末端,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較薄弱,所以在風(fēng)電并網(wǎng)運行時必然會影響電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。同時大型風(fēng)電廠的風(fēng)力發(fā)電機幾乎都是異步發(fā)電機,在其并網(wǎng)運行時需從電力系統(tǒng)吸收大量無功功率,增加電網(wǎng)的無功負擔(dān),有可能導(dǎo)致小型電網(wǎng)的電壓失穩(wěn)。因此風(fēng)力發(fā)電機端往往配備有電容器組進行無功補償,從而提高電網(wǎng)運行質(zhì)量及降低成本。風(fēng)電廠對系統(tǒng)頻率的影響取決于風(fēng)電廠容量占系統(tǒng)總?cè)萘康谋壤?在我國跨區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的形式下,電網(wǎng)規(guī)模越來越大,覆蓋范圍越來越廣,風(fēng)電廠并入系統(tǒng)中,其容量在電網(wǎng)的總?cè)萘恐兴嫉谋壤跷?對電網(wǎng)頻率的影響很小。但是應(yīng)考慮到如果風(fēng)電并入到一個小的孤立的電力系統(tǒng),當(dāng)失去風(fēng)電出力后,在常規(guī)機組經(jīng)過一次、二次調(diào)頻后該系統(tǒng)的頻率的降低將有可能突破一般允許的頻率偏差范圍,此時應(yīng)考慮增加常規(guī)機組的旋轉(zhuǎn)備用。異步發(fā)電機在發(fā)生近距離三相短路故障時不能提供持續(xù)的故障電流,在不對稱故障時提供的短路電流也非常有限。因此風(fēng)電廠保護技術(shù)的困難是如何根據(jù)有限的故障電流來檢測故障的發(fā)生,使保護裝置準(zhǔn)確而迅速的動作。另一方面,盡管風(fēng)力發(fā)電提供的故障電流非常有限,但也有可能會影響到配電網(wǎng)絡(luò)保護裝置的正確運行。傳統(tǒng)的發(fā)電計劃基于電源的可靠性以及負荷的可預(yù)測性,以這兩點為基礎(chǔ),發(fā)電計劃的制定和實施才有了可靠的保證。但是由于風(fēng)能的隨機性,風(fēng)電廠出力的預(yù)測水平還達不到工程實用的程度,發(fā)電計劃的制定變得困難起來。同時需要進行改進和調(diào)整的還有傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)運行方式和控制手段,這是因為風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)以后,如果電力系統(tǒng)的運行方式不相應(yīng)地做出調(diào)整和優(yōu)化,系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力將不足以跟蹤風(fēng)電功率的大幅度、高頻率的波動,系統(tǒng)的電能質(zhì)量和動態(tài)穩(wěn)定性將受到顯著影響,這些因素反過來又會限制系統(tǒng)準(zhǔn)入的風(fēng)電功率水平?；谝陨线@些分析，建立模型，對風(fēng)電輸出功率進行預(yù)測是必不可少的，下面根據(jù)《風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報管理暫行辦法》建立模型進行預(yù)測。4 風(fēng)電功率預(yù)測模型的分析與建立風(fēng)電功率預(yù)測目前風(fēng)電預(yù)測模型種類繁多，根據(jù)不一樣的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以歸結(jié)成如圖41所示：圖41 風(fēng)電功率預(yù)測方法通過對模型的分析與了解，本文主要采用數(shù)學(xué)模型中的灰色系統(tǒng)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種模型，通過模型的建立，對內(nèi)蒙古某發(fā)電廠2012年5月31日24小時進行短期功率預(yù)測，時間分辨率為 15min，共預(yù)測96組數(shù)據(jù)。 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)電功率預(yù)測模型（1）BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)BP網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)如圖41所示，其輸入層節(jié)點數(shù)為n，輸入變量為xi(p)(i=1,2,…,n)；隱層節(jié)點數(shù)為l，輸入層節(jié)點數(shù)與隱層結(jié)點間的連接權(quán)值為wji(i=1,2,…,n。 j=1,2,…,l)，隱層結(jié)點的閥值為θj(j=1,2,…,l)，隱節(jié)點輸出為yj(p)；輸出層節(jié)點數(shù)為m，隱層節(jié)點與輸出層節(jié)點間的連接權(quán)值為vkj(j=1,2,…,l。 k=1,2,…,m)，輸出層結(jié)點的閥值為φk(k=1,2,…,m)，輸出層結(jié)點輸出為Ok(p)．每一個神經(jīng)元用一個節(jié)點表示，網(wǎng)絡(luò)由輸入層、隱層和輸出層節(jié)點組成．隱層可以是圖41所表示的一層，也可以是多層，前層到后層的節(jié)點通過權(quán)聯(lián)結(jié)。隱節(jié)點一般采用Sigmoid型函數(shù)，輸入和輸出節(jié)點可以采用Sigmoid型函數(shù)或者線性函數(shù)。信號節(jié)點輸入節(jié)點輸出節(jié)點圖42　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(2） BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，也稱為訓(xùn)練，指的是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所在環(huán)境的刺激作用調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)（權(quán)值和閾值），使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以一種新的方式對外部環(huán)境作出反應(yīng)的一個過程。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法有兩大類：有教師學(xué)習(xí)和無教師學(xué)習(xí)．在有教師學(xué)習(xí)方法中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出與期望的輸出（即教師值）相比較，然后根據(jù)兩者之間的誤差函數(shù)（又稱為目標(biāo)函數(shù)）來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，最終使誤差函數(shù)達到最小值。對于無教師學(xué)習(xí)，當(dāng)輸入的樣本模式進入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)則自動調(diào)整權(quán)值，使網(wǎng)絡(luò)最終具有預(yù)測、模式分類等功能。針對不同的網(wǎng)絡(luò)用途，人們提出了多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)規(guī)則，基本的有以下四種Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則、d學(xué)習(xí)規(guī)則、概率式學(xué)習(xí)規(guī)則和競爭式學(xué)習(xí)規(guī)則。BP學(xué)習(xí)算法是d學(xué)習(xí)規(guī)則的推廣和發(fā)展，d學(xué)習(xí)規(guī)則的實質(zhì)是利用梯度最速下降算法，使權(quán)值沿誤差函數(shù)的負梯度方向改變。對Ⅳ個樣本的訓(xùn)練集，定義神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差為： 其中，p為樣本序號，和分別為第p個樣本的期望輸出和實際輸出，為第p個樣本的誤差。權(quán)值wij修正的目標(biāo)是使E最小。權(quán)值wij的修正量△wij由梯度下降法可得：其中，η為學(xué)習(xí)率，又：令： 則有： 這就是d學(xué)習(xí)規(guī)則。在BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程中，輸出層單元與隱含層單元的誤差d的計算方法不同。當(dāng)j為輸出節(jié)點時：