風(fēng)力發(fā)電與無(wú)功補(bǔ)償

1、1職業(yè)技能鑒定培訓(xùn)2013年6月RXPERongxin Power Electronic2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分類風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分類恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)RXPERongxin Power Electronic3恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（CSCF） ：在風(fēng)力發(fā)電過程中保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變從而得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（VSCF ）：在風(fēng)力發(fā)電過程中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以隨風(fēng)速變化，而通過其他的控制方式來(lái)得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。RXPERongxin Power Electronic4齒輪箱電力電子交換器變槳距變速雙饋感應(yīng)機(jī)系統(tǒng)雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)

2、電系統(tǒng)雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) RXPERongxin Power Electronic5n雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常采用的發(fā)電機(jī)為雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常采用的發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)與繞線式異步轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機(jī)類似。電機(jī)類似。n控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定功率是由交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一的轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分，變頻器的成本以及控制難度大大降低。小部分，變頻器的成本以

3、及控制難度大大降低。n可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，減少變頻器的容量外，還可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，減少變頻器的容量外，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)有功、無(wú)功功率的靈活控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)有功、無(wú)功功率的靈活控制.n缺點(diǎn)是交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)仍然有滑環(huán)和電刷。缺點(diǎn)是交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)仍然有滑環(huán)和電刷。 RXPERongxin Power Electronic6直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 變槳距變速直接驅(qū)動(dòng)同步機(jī)系統(tǒng)電力電子交換器RXPERongxin Power Electronic7這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用多極發(fā)電機(jī)與葉這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用多極發(fā)電機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而免去了齒輪輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而免去了齒輪

4、箱這一傳統(tǒng)部件。箱這一傳統(tǒng)部件。采用永磁發(fā)電機(jī)技術(shù)，可靠性和效率更采用永磁發(fā)電機(jī)技術(shù)，可靠性和效率更高，處于當(dāng)今國(guó)際上領(lǐng)先地位，在今后高，處于當(dāng)今國(guó)際上領(lǐng)先地位，在今后風(fēng)電機(jī)組發(fā)展中將有很大的發(fā)展空間。風(fēng)電機(jī)組發(fā)展中將有很大的發(fā)展空間。發(fā)電機(jī)多采用永磁同步發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)多采用永磁同步發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無(wú)須外部提供勵(lì)磁電源，為永磁式結(jié)構(gòu)，無(wú)須外部提供勵(lì)磁電源，提高了效率。提高了效率。 缺點(diǎn)：增大了變頻器的容量，產(chǎn)生了諧缺點(diǎn)：增大了變頻器的容量，產(chǎn)生了諧波波RXPERongxin Power Electronic8n風(fēng)力發(fā)電據(jù)有其特殊性，由于風(fēng)電機(jī)組的原風(fēng)力發(fā)電據(jù)有其特殊性，由于風(fēng)

5、電機(jī)組的原動(dòng)力來(lái)源于流經(jīng)風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能，而風(fēng)速和風(fēng)動(dòng)力來(lái)源于流經(jīng)風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能，而風(fēng)速和風(fēng)向具有隨機(jī)變動(dòng)的自然特性，因此風(fēng)電機(jī)組向具有隨機(jī)變動(dòng)的自然特性，因此風(fēng)電機(jī)組的電能輸出也是隨機(jī)變動(dòng)的，換句話說，的電能輸出也是隨機(jī)變動(dòng)的，換句話說，風(fēng)風(fēng)電機(jī)組屬于不能進(jìn)行出力調(diào)整的電源裝置，電機(jī)組屬于不能進(jìn)行出力調(diào)整的電源裝置，所以，風(fēng)力發(fā)電出力的短周期變動(dòng)較為顯著所以，風(fēng)力發(fā)電出力的短周期變動(dòng)較為顯著。風(fēng)能的特點(diǎn)風(fēng)能的特點(diǎn)RXPERongxin Power Electronic9 風(fēng)力發(fā)電據(jù)有其特殊性風(fēng)力發(fā)電據(jù)有其特殊性風(fēng)速和風(fēng)向具有隨機(jī)變動(dòng)的自然特性風(fēng)速和風(fēng)向具有隨機(jī)變動(dòng)的自然特性不同安裝地點(diǎn)的風(fēng)速和風(fēng)向

6、具有明顯的差異不同安裝地點(diǎn)的風(fēng)速和風(fēng)向具有明顯的差異同一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組，其出力的變動(dòng)也是不同步同一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組，其出力的變動(dòng)也是不同步隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的增大，風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)引起的電能質(zhì)量隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的增大，風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)引起的電能質(zhì)量問題必將越來(lái)越嚴(yán)重，在某些情況下電能質(zhì)量問題將成為問題必將越來(lái)越嚴(yán)重，在某些情況下電能質(zhì)量問題將成為制約風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的主要因素。制約風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的主要因素。風(fēng)能的特點(diǎn)風(fēng)能的特點(diǎn)RXPERongxin Power Electronic1035/110kV50000kVA110kV35kV111500kW35kV690V0.69/35kV111600

7、kVA111500kW35kV690V0.69/35kV111600kVA111500kW35kV690V0.69/35kV111600kVA無(wú)功功率的控制無(wú)功功率的控制RXPERongxin Power Electronic11n在停風(fēng)狀態(tài)下也保持與電網(wǎng)的聯(lián)接并從系統(tǒng)吸收無(wú)功。在停風(fēng)狀態(tài)下也保持與電網(wǎng)的聯(lián)接并從系統(tǒng)吸收無(wú)功。n風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無(wú)功需求量隨著有功變化而變化風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無(wú)功需求量隨著有功變化而變化 , ,采用傳采用傳統(tǒng)并聯(lián)電容器組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，仍需從電網(wǎng)吸收部分無(wú)功。統(tǒng)并聯(lián)電容器組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，仍需從電網(wǎng)吸收部分無(wú)功。n風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功變化在滿發(fā)時(shí)會(huì)抬高風(fēng)機(jī)出口電壓風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功變化在

8、滿發(fā)時(shí)會(huì)抬高風(fēng)機(jī)出口電壓 , ,在并網(wǎng)在并網(wǎng)時(shí)會(huì)在瞬間較大幅度降低出口電壓。時(shí)會(huì)在瞬間較大幅度降低出口電壓。n風(fēng)電場(chǎng)變壓器要向系統(tǒng)吸收一定的無(wú)功風(fēng)電場(chǎng)變壓器要向系統(tǒng)吸收一定的無(wú)功 , ,其數(shù)量大約是變其數(shù)量大約是變壓器容量的壓器容量的 1 %1 %1. 4 %1. 4 %。此外。此外 , ,隨著風(fēng)機(jī)有功出力的變隨著風(fēng)機(jī)有功出力的變化化 , ,無(wú)功需求也在變化無(wú)功需求也在變化 , ,當(dāng)風(fēng)機(jī)本身的無(wú)功補(bǔ)償不足以補(bǔ)償當(dāng)風(fēng)機(jī)本身的無(wú)功補(bǔ)償不足以補(bǔ)償這些無(wú)功變化時(shí)這些無(wú)功變化時(shí) , ,就需從電網(wǎng)吸收無(wú)功就需從電網(wǎng)吸收無(wú)功 , ,這些無(wú)功在流經(jīng)線這些無(wú)功在流經(jīng)線路時(shí)也會(huì)引起線路損耗。風(fēng)電場(chǎng)從系統(tǒng)吸收無(wú)功所

9、經(jīng)的線路時(shí)也會(huì)引起線路損耗。風(fēng)電場(chǎng)從系統(tǒng)吸收無(wú)功所經(jīng)的線路較長(zhǎng)路較長(zhǎng) , ,又會(huì)增加一定的線路或變壓器損耗。又會(huì)增加一定的線路或變壓器損耗。RXPERongxin Power Electronic12n單臺(tái)風(fēng)機(jī)容量較小，數(shù)量眾多單臺(tái)風(fēng)機(jī)容量較小，數(shù)量眾多n每臺(tái)風(fēng)機(jī)均由一臺(tái)箱變升壓至統(tǒng)一的每臺(tái)風(fēng)機(jī)均由一臺(tái)箱變升壓至統(tǒng)一的35kV母線上，箱式變壓器數(shù)量眾多，無(wú)功損耗大母線上，箱式變壓器數(shù)量眾多，無(wú)功損耗大n經(jīng)經(jīng)35kV/110kV變壓器升壓送出，升壓變變壓器升壓送出，升壓變壓器無(wú)功損耗大壓器無(wú)功損耗大n風(fēng)電場(chǎng)處于負(fù)荷末端，與系統(tǒng)聯(lián)系弱，長(zhǎng)距風(fēng)電場(chǎng)處于負(fù)荷末端，與系統(tǒng)聯(lián)系弱，長(zhǎng)距離的輸電線路傳輸導(dǎo)致

10、一定的無(wú)功損耗離的輸電線路傳輸導(dǎo)致一定的無(wú)功損耗無(wú)功功率的控制無(wú)功功率的控制:RXPERongxin Power Electronic13u當(dāng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在不同的輸出功率時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的可控功率因數(shù)變化范圍應(yīng)在-0.95+0.95之間。u風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)范圍和響應(yīng)速度，應(yīng)滿足風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)的要求。原則上風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站高壓側(cè)功率因數(shù)按1.0配置，運(yùn)行過程中可按-0.98+0.98控制。無(wú)功功率的控制無(wú)功功率的控制:RXPERongxin Power Electronic14無(wú)功功率的控制無(wú)功功率的控制風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償功率因數(shù)采用滿足RXPERongxin Power Electronic

11、15n電網(wǎng)運(yùn)行必須考慮大片區(qū)域風(fēng)電機(jī)組切機(jī)帶來(lái)的電壓穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行必須考慮大片區(qū)域風(fēng)電機(jī)組切機(jī)帶來(lái)的電壓穩(wěn)定問題。問題。n風(fēng)電場(chǎng)退出運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)由于突然失去大量無(wú)功注入可能風(fēng)電場(chǎng)退出運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)由于突然失去大量無(wú)功注入可能存在電壓崩潰的危險(xiǎn)。此外，風(fēng)電電源往往處于遠(yuǎn)離負(fù)荷存在電壓崩潰的危險(xiǎn)。此外，風(fēng)電電源往往處于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的電網(wǎng)邊緣，與電網(wǎng)之間的連接相對(duì)較弱，切機(jī)造成中心的電網(wǎng)邊緣，與電網(wǎng)之間的連接相對(duì)較弱，切機(jī)造成的瞬間無(wú)功富余無(wú)法由內(nèi)陸地區(qū)的電力系統(tǒng)有效消化。的瞬間無(wú)功富余無(wú)法由內(nèi)陸地區(qū)的電力系統(tǒng)有效消化。n故障后，整個(gè)弱連接系統(tǒng)可能會(huì)因?yàn)檫^多的無(wú)功富余有過故障后，整個(gè)弱連接系統(tǒng)可能會(huì)因?yàn)?/p>

12、過多的無(wú)功富余有過電壓的危險(xiǎn)。因此，電壓的危險(xiǎn)。因此，有必要在風(fēng)電場(chǎng)的接入點(diǎn)選擇性地安有必要在風(fēng)電場(chǎng)的接入點(diǎn)選擇性地安裝快速無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，以提供必要的無(wú)功和電壓支撐裝快速無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，以提供必要的無(wú)功和電壓支撐。RXPERongxin Power Electronic16n故障穿越能力，主要指的就是故障穿越能力，主要指的就是低電壓穿越能低電壓穿越能力力， 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)的時(shí)候，要求風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)的時(shí)候，要求風(fēng)電場(chǎng)不僅能保證不切機(jī)，而且可以對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)不僅能保證不切機(jī)，而且可以對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行一定的無(wú)功支撐，參與到電壓穩(wěn)定的控制行一定的無(wú)功支撐，參與到電壓穩(wěn)定的控制中中。n這就要求風(fēng)電場(chǎng)配備

13、的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施必須是這就要求風(fēng)電場(chǎng)配備的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施必須是可調(diào)節(jié)的，可以根據(jù)系統(tǒng)的變化作出動(dòng)態(tài)的可調(diào)節(jié)的，可以根據(jù)系統(tǒng)的變化作出動(dòng)態(tài)的響應(yīng)。響應(yīng)。故障穿越能力故障穿越能力:RXPERongxin Power Electronic17在不同的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響是不同的，故障穿越時(shí)間的要求也不同。故障穿越能力故障穿越能力:RXPERongxin Power ESlow VARS1st GenerationMechanicallySwitched DevicesThyristor SwitchedComponents2nd GenerationVSC Technology3

14、rd GenerationFast VARSRXPERongxin Power Electronic19并聯(lián)電容器組并聯(lián)電容器組有載調(diào)壓有載調(diào)壓SVCSVGl 并聯(lián)電容器l 分組投切l(wèi) 真空/FS6開關(guān) l 變壓器多分接頭形式l 分組切換 l 晶閘管控制電抗器l 線性調(diào)節(jié) l IGBT/GTOl 線性調(diào)節(jié)l 無(wú)功電源RXPERongxin Power Electronic20SRCLIICIRLUIRLIICU機(jī)械開關(guān)不能反復(fù)投切機(jī)械開關(guān)不能反復(fù)投切RXPERongxin Power Electronic21 RXPERongxin Power Electronic22通常與固定電容器配合通常與固定電容器配合電容器提供超前的無(wú)功電容器提供超前的無(wú)功TCRTCR提供滯后的無(wú)功，大小連提供滯后的無(wú)功，大小連續(xù)可調(diào)續(xù)可調(diào)總體上既可提供超前的無(wú)功，總體上既可提供超前的無(wú)功，也可提供滯后的無(wú)功也可提供滯后的無(wú)功可連續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)?？蛇B續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。 I V L 可控電納 RXPERongxin Power Electronic23SUsZFZAI+-SILILLpLqIIIsLALpLqAIIIIIIALqIIsLpIIRXPERongxin Power Electronic24分組投切電容器分組投切電容器變壓器分接頭變壓器分接頭有載調(diào)壓式有載調(diào)壓式S