同步发电机的并网

二、同步发电机的并网

图5-13所示为同步发电机的并网运行电路图。同步发电机的定子绕组通过断路器与电网相连。

1.并网条件

风力发电机组中，同步发电机并联到电网时，为了防止过大的电流冲击和转矩冲击，风力发电机输出的各相端电压的瞬时值要与电网端对应相电压的瞬时值完全一致，即波形相同、幅值相同、频率相同、相序相同和相位相同。

波形相同可以通过发电机设计、制造和安装来保证；只要使发电机的各相绕组输出端与电网各相互相对应，就可以满足相序相同。因此，并网时主要是幅值相同、频率相同和相位相同的检测和控制，其中频率相同必须满足。

2.并网方式

1）自动准同步并网

满足上述理想并网条件的并网方式称为准同步并网。当发电机的转速在风力机的带动下接近同步转速时，励磁调节器向发电机输入励磁电流，通过励磁电流的调节，使发电机输出的端电压与电网电压相近。在发电机的转速几乎达到同步转速，发电机的端电压与电网电压的幅值大致相同，并且断路器两端的电位差为零或很小时，控制断路器合闸并网。同步发电机并网后，通过自整步作用牵入同步，使发电机电压频率与电网电压频率一致。并网过程中的检测和控制都是通过电脑来实现的。

自动准同步并网不会产生冲击电流，电网电压不会下降，也不会对定子绕组和其他机械部件造成冲击，但它的控制与操作复杂、费时。当电网出现故障而要求迅速将备用发电机投入运行时，由于电网电压和频率不稳定，自动准同步并网很难操作。(https://www.daowen.com)

2）自同步并网

自同步并网可以克服上述电网故障时不能将备用发电机投入运行的问题。自同步并网的方法是：同步发电机的转子励磁绕组先通过限流电阻短接，发电机中无励磁磁场，用原动机将发电机转子的转速拖到同步转速附近，差值小于5％时，将发电机并入电网，再立刻给发电机励磁，在定子、转子之间的电磁力的作用下，发电机自动牵入同步。

由于发电机并网时，转子绕组中无励磁电流，因而发电机定子绕组中没有感应电动势，不需要对发电机的电压和相角进行调节和校准，控制简单，并且从根本上排除了不同步合闸的可能性。自同步并网方式的缺点是合闸后有电流冲击和电网电压的短时下降现象。

3.永磁同步发电机的并网方式

永磁同步发电机可以省去励磁环节，而且通常省去齿轮箱，即为直驱永磁同步发电机。永磁同步发电机的并网方式如图5-14所示。

由于直驱永磁同步发电机省去了齿轮箱，因此发电机必须工作在与风力机相同的低转速下。由于风速的变化对电压有影响，最主要的是风力机的电压、电流的频率与电网不匹配，因此必须在发电机输出端和电网之间加装全功率变流器，使之相互匹配的同时还可以通过变流器的控制来减小或抑制风速的扰动，同时实现恒定功率因数的控制，只是需要增加发电机的磁极数，以降低发电机的转速。