关于（风机发电机）异步发电机并网的那些事
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目前在国内和国外大量采用的是交流异步发电机，其并网方法也根据电机的容量不同和控制方式不同而变化。异步发电机投入运行时，由于靠转差率来调整负荷，因此对机组的调速精度要求不高，不需要同步设备和整步操作，只要转速接近同步转速时，就可并网。 显然，风力发电机组配用异步发电机不仅控制装置简单，而且并网后也不会产生振荡和失步，运行非常稳定。然而，异步发电机并网也存在一些特殊问题：如直接并网时产生的过大冲击电流造成电压大幅度下降会对系统安全运行构成威胁；本身不发无功功率，需要无功补偿；当输出功率超过其最大转矩所对应的功率会引起网上飞车，过高的系统电压会使其磁路饱和，无功激磁电流大量增加，定子电流过载，功率因数大大下降；不稳定系统的频率过于上升，会因同步转速上升而引起异步发电机从发电状态变成电动状态；不稳定系统的频率的过大下降，又会使异步发电机电流剧增而过载等。所以运行时必须严格监视并采取相应的有效措施才能保障风力发电机组的安全运行。
1.直接并网方式 这种方式只要求发电机转速接近同步转速（即达到99%～100%同步转速）时，即可并网，使风力发电机组运行控制变得简单，并网容易。但在并网瞬间存在三相短路现象，供电系统将受到4～5 倍发电机额定电流的冲击，系统电压瞬时严重下降，以至引起低电压保护动作，使并网失败。所以这种并网方式只有在与大电网并网时才有可能。 2.准同期并网方式 与同步发电机准同步并网方式相同，在转速接近同步转速时，先用电容励磁，建立额定电压，然后对已励磁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。采用这种方式，若按传统的步骤经整步到同步并网，则仍须要高精度的调速器和整步、同期设备，不仅要增加机组的造价，而且从整步达到准同步并网所花费的时间很长，这是我们所不希望的。该并网方式合闸瞬间尽管冲击电流很小，但必须控制在最大允许的转矩范围内运行，以免造成网上飞车。由于它对系统电压影响极小，所以适合于电网容量比风力发电机组大不了几倍的情况使用。
3.降压并网方式 这种并网方式就是在发电机与系统之间串接电抗器，以减少合闸瞬间冲击电流的幅值与电网电压下降的幅度。如比利时200kW风力发电机组并网时各相串接有大功率电阻。由于电抗器、电阻等串联组件要消耗功率，并网后进入稳定运行时，应将电抗器、电阻退出运行。这种要增加大功率电阻或电抗器的并网方式，其投资随着机组容量的增大而增大，经济性较差。它适用于小容量风力发电机组（采用异步发电机）的并网。 4.捕捉式准同步快速并网技术 捕捉式准同步快速并网技术的工作原理是将常规的整步并网方式改为在频率变化中捕捉同步点的方法进行准同步快速并网。据说该技术可不丢失同期机，准同步并网工作准确、快速可靠，既能实现几乎无冲击准同步并网，对机组的调速精度要求不高，又能很好地解决并网过程与降低造价的矛盾，非常适合于风力发电机组的准同步并网操作。 5.软并网（SOFT CUT-IN）技术 采用双向晶闸管的软切入法，使异步发电机并网。它有两种连接方式： （1）发电机与电网之间通过双向晶闸管直接连接。这种连接方式的工作过程为，当风轮带动的异步发电机转速接近同步转速时，与电网直接相连的每一相的双向晶闸管的控制角在180°与0°之间逐渐同步打开；作为每相为无触点开关的双向晶闸管的导通角也同时由0°与180°之间逐渐同步增大。在双向晶闸管导通阶段开始（即异步发电机转速小于同步阶段转速），异步发电机作为电动机运行，随着转速的升高，其转差率逐渐趋于零。当转差率为零时，双向晶闸管已全部导通，并网过程到此结束。由于并网电流受晶闸管导通角的限制，并网较平稳，不会出现冲击电流。但软切入装置必须采用能承受高反压大电流的双向晶闸管，价格较贵，其功率不能做得太大，因此适用于中型风力发电机组。 （2）发电机与系统之间软并网过渡，零转差自动并网开关切换连接。这种连接方式工作过程如下：当风轮带动的异步发电机起动或转速接近同步转速时，与电网相连的每一相双向晶闸管（晶闸管的两端与自动并网常开触点相并联）的控制角在180°与0°之间逐渐同步打开；作为每相为无触点开关的双向晶闸管的导通角也同时由0°与180°之间逐渐同步增大。此时自动并网开关尚未动作，发电机通过双向晶闸管平稳地进入电网。 在双向晶闸管导通阶段开始（即异步发电机转速小于同步转速阶段），异步发电机作为电动机运行，随着转速的升高，其转差率逐渐趋于零。当转差率为零时，双向晶闸管已全部导通，这时自动并网开关动作，常开触点闭合，于是短接了已全部开通的双向晶闸管。发电机输出功率后，双向晶闸管的触发脉冲自动关闭，发电机输出电流不再经双向晶闸管而是通过已闭合的自动开关触点流向电网。 这两种方法是目前风力发电机组普遍采用的并网方法，其共同特点是：可以得到一个平稳的并网过渡过程而不会出现冲击电流。不过第一种方式所选用高反压双向晶闸管的电流允许值比第二种方式的要大得多。这是因为前者的工作电流要考虑能通过发电机的额定值；而后者只要通过略高于发电机空载时的电流就可满足要求，但需采用自动并网开关，控制回路也略为复杂。本章将主要介绍采用第二种方式的软切入装置。这种软并网方法的特点是通过控制晶闸管的导通角，将发电机并网瞬间的冲击电流值限制在规定的范围内（一般为1.5倍额定电流以下），从而得到一个平滑的并网暂态过程。 |
