1. 風力發電系統簡介

　　隨著經濟的快速增長和社會的全面進步，我國的能源供應和環境污染問題越來越突出。開發和利用可再生能源的需求更加迫切。風能作為可再生能源中最重要的組成部分和唯一經濟的發電方式，由于其清潔無污染、施工周期短、投資靈活、占地少，具有良好的社會效應和經濟效益，已受到世界各國政府的高度重視。隨著風力發電技術的快速發展和國家在政策上對可再生能源發電的重視，我國風力發電建設已進入了一個快速發展的時期。

　　我國風資源較豐富，但適合大規模開發風電的地區一般都處于電網末端，由于此處電網網架結構較薄弱，因此大規模風電接入電網后可能會出現電網電壓水平下降、線路傳輸功率超出熱極限、系統短路容量增加和系統暫態穩定性改變等一系列問題。隨著風電場規模的增大，風電場與電網之間的相互影響越來越大而系統對風力發電系統的要求也越來越嚴格。對風電系統主要的兩個要求是正常運行狀態下的無功功率控制和故障狀態下的穿越能力。

　　一般來說，風電場的無功功率需求來自于兩個方面：風機與變壓器。其中變壓器的無功損耗又分為正常運行時的繞組損耗和空載運行時的鐵心損耗。無論是否運行，只要變壓器與主網聯接，鐵心的勵磁無功損耗總是存在的。

　　風力發電系統中，風力發電機是能量轉換的核心部分，風力發電機系統按照發電機運行的方式來分，主要有恒速恒頻風力發電系統和變速恒頻風力發電系統兩種。

　　對于恒速恒頻發電機組，普遍采用普通異步發電機，這種發電機正常運行在超同步狀態，轉差率s 為負值，電機工作在發電機狀態，且轉差率的可變范圍很小（s《5%），風速變化時發電機轉速基本不變。在正常運行時無法對電壓進行控制，不能象同步發電機一樣提供電壓支撐能力，不利于電網故障時系統電壓的恢復和系統穩；發出的電能也隨風速波動而敏感波動，若風速急劇變化，感應電機消耗的無功功率隨著轉速的變化而不斷變化。由于恒速恒頻發電機組自身不能控制無功交換并且需要吸收一定數量的無功功率，因此通常在機組出口端并聯電容器組，但是單純地依賴常規的補償電容器是無法滿足無功功率補償要求，可能會引起風電機組發出電能質量問題，如電壓閃變、無功波動以及故障條件下的穿越能力。因此，恒速恒頻發電機組需要靜止無功補償裝置來優化其在正常條件和故障狀態下的運行。在工程中通常采用靜止無功補償器SVC或STATCOM來進行無功調節，采用軟起動來減小起動時發電機的電流。恒速恒頻發電機組適合用于小功率，通常不高于600 kW的系統。

　　對于變頻恒速風電機組，其采用電力電子變頻器，通過一定的控制策略可對風電機組有功、無功輸出功率進行解耦控制， 即可以分別單獨控制風電機組有功、無功的輸出，具備電壓的控制能力。變頻恒速風電機組在運行時可以將功率因素提高，但在小于額定功率發電時往往功率因數較低，其自身的無功補償能力仍無法滿足系統要求。因此，不論是停機（變壓器消耗無功）還是非滿功率發電都會消耗無功，需要加裝靜止無功補償裝置以滿足系統需求。變頻恒速風電機組適合用于大功率，通常大于1MW的系統。