風(fēng)力發(fā)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是:風(fēng)能→機(jī)械能→電能。風(fēng)電機(jī)組的有功功率與風(fēng)速特性曲線如圖2所示。當(dāng)風(fēng)速小于切入風(fēng)速vcut-in(一般為3m/s),有功功率為零;當(dāng)風(fēng)速大于切入風(fēng)速vcut-in,風(fēng)電機(jī)組投入運(yùn)行,有功功率隨著風(fēng)速增大而增加;當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速vr,有功功率達(dá)到最大值;當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速vr,風(fēng)機(jī)通過(guò)變槳距保持有功功率恒定為最大值;當(dāng)風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速vcut-out(一般為25m/s,最新的5mw風(fēng)機(jī)可達(dá)30m/s),風(fēng)機(jī)將停機(jī)。
1. 風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的主要特點(diǎn)
一般而言,大型風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行多具有以下特點(diǎn):
(1)輸入風(fēng)能的變化有隨機(jī)性;風(fēng)力發(fā)電以自然風(fēng)為原動(dòng)力,自然風(fēng)不可控,并且風(fēng)能很難大量存儲(chǔ),因此,風(fēng)電機(jī)組有功功率規(guī)律性差,難以預(yù)測(cè)。
(2)大多風(fēng)電場(chǎng)距電力主系統(tǒng)和負(fù)荷中心較遠(yuǎn),所以一般風(fēng)電場(chǎng)與薄弱地方的電力系統(tǒng)相連;風(fēng)能資源豐富地區(qū)一般距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn),大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電無(wú)法就地消納,需要通過(guò)輸電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸送到負(fù)荷中心。
(3)風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)容量小、數(shù)量多。風(fēng)能的能量密度低,要獲得相同的發(fā)電容量,風(fēng)力機(jī)尺寸比相應(yīng)的水輪機(jī)大幾十倍,限制了風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量,目前世界上投運(yùn)的最大風(fēng)電機(jī)組僅為5mw。
圖 風(fēng)速與風(fēng)電功率特性曲線
(4)含異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)向電網(wǎng)送有功功率、吸無(wú)功功率;固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組——異步發(fā)電機(jī)吸收無(wú)功功率,無(wú)功功率不可控;而變速風(fēng)電機(jī)組——雙饋異步電機(jī)和直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組——永磁同步機(jī)無(wú)功功率可控,目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組一般按照恒功率因數(shù)控制(功率因數(shù)通常為1.0)。