海上風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行

1、海上風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行符楊符楊 上海電力學(xué)院上海電力學(xué)院內(nèi)容 上海電力學(xué)院簡(jiǎn)介 海上風(fēng)電發(fā)展概況 海上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行分析 教學(xué)教學(xué) 風(fēng)力發(fā)電專業(yè)風(fēng)力發(fā)電專業(yè) 學(xué)生：學(xué)生：200人，專業(yè)教師人，專業(yè)教師：10人人 研究研究風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目組風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目組 教授教授 : 3人，副教授人，副教授: 5人人 講師講師 ：5人，人， 研究生研究生: 若干若干學(xué)校概況學(xué)校概況|風(fēng)電相關(guān)主要項(xiàng)目名稱主要項(xiàng)目名稱項(xiàng)目來(lái)源（編號(hào)）項(xiàng)目來(lái)源（編號(hào)）MWMW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)關(guān)鍵級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究技術(shù)研究上海市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目上海市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目 (0616120

2、40)(061612040)大型電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障大型電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究診斷技術(shù)的研究上海市科委青年科技啟明星計(jì)劃上海市科委青年科技啟明星計(jì)劃(01QF14026)(01QF14026)海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)、變電場(chǎng)電氣關(guān)海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)、變電場(chǎng)電氣關(guān)鍵技術(shù)研究鍵技術(shù)研究上海市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目上海市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目 (06DZ12204)(06DZ12204)節(jié)約型上海電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)研究節(jié)約型上海電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)研究上海市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目上海市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目 (052312003)(052312003)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行分析研風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行分析研究究上海市電力公司重點(diǎn)科

3、技項(xiàng)目上海市電力公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目(H2005-57)(H2005-57)海上風(fēng)電場(chǎng)海上風(fēng)電場(chǎng)可行性研究可行性研究中國(guó)歐盟能源合作項(xiàng)目中國(guó)歐盟能源合作項(xiàng)目（EEP-PMU/CN/126077/RE002EEP-PMU/CN/126077/RE002）風(fēng)電項(xiàng)目組風(fēng)電項(xiàng)目組|完成項(xiàng)目主要項(xiàng)目名稱主要項(xiàng)目名稱項(xiàng)目來(lái)源（編號(hào)）項(xiàng)目來(lái)源（編號(hào)）風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定非并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定非線性控制策略研究線性控制策略研究國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（5080703550807035）東海大橋東海大橋1010萬(wàn)千瓦萬(wàn)千瓦海上風(fēng)電場(chǎng)海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究接入系統(tǒng)與運(yùn)關(guān)鍵技

4、術(shù)應(yīng)用研究接入系統(tǒng)與運(yùn)行維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究行維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究上海市重大科技攻關(guān)項(xiàng)目子課題上海市重大科技攻關(guān)項(xiàng)目子課題(08DZ1200604)(08DZ1200604)多運(yùn)行方式下的多運(yùn)行方式下的風(fēng)電風(fēng)電混合電力系統(tǒng)混合電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分析及阻尼改善方法研小干擾穩(wěn)定分析及阻尼改善方法研究究20082008年度上海市浦江人才計(jì)劃年度上海市浦江人才計(jì)劃大規(guī)模太陽(yáng)能與大規(guī)模太陽(yáng)能與風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控及優(yōu)化技術(shù)研究及優(yōu)化技術(shù)研究上海市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目上海市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(071605123)(071605123)風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行性能及對(duì)電網(wǎng)影并網(wǎng)運(yùn)行性能及對(duì)電網(wǎng)影響的研究響的研

5、究上海市教委科技創(chuàng)新計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)上海市教委科技創(chuàng)新計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目目（08ZZ9208ZZ92）風(fēng)電項(xiàng)目組風(fēng)電項(xiàng)目組|項(xiàng)目國(guó)外海上風(fēng)電發(fā)展概況歐洲海上風(fēng)電發(fā)展迅速，成為新能源發(fā)展的重要風(fēng)向。 Offshore wind could be the next wave in U.S.國(guó)外海上風(fēng)電發(fā)展概況 海上風(fēng)電場(chǎng)容量可媲美傳統(tǒng)火電機(jī)組。 海上風(fēng)電場(chǎng)離岸距離越來(lái)越遠(yuǎn)。瑞典 Gotland Island 2.5MW西班牙Puerto de Bilbao 10MW丹麥Horn Rev160MW 英國(guó)Beatrice 1000MW（規(guī)劃中） 國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電發(fā)展概況 東海大橋100MW海上風(fēng)電場(chǎng)(完成建設(shè)) 江蘇

6、龍?jiān)慈鐤|150MW海上風(fēng)電場(chǎng)（招標(biāo)） 江蘇東臺(tái)將建30萬(wàn)千瓦海上風(fēng)電項(xiàng)目 2010年2月，國(guó)家能源局、國(guó)家海洋局聯(lián)合下發(fā)了海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)管理暫行辦法 我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期海上風(fēng)電場(chǎng)特點(diǎn)風(fēng)電場(chǎng)容量大（10萬(wàn)kW級(jí)）大容量并網(wǎng)距離海岸遠(yuǎn)（10km），35kV及110kV（國(guó)內(nèi)暫無(wú)220kV及以上海纜）輸電網(wǎng)絡(luò)基本采用電纜線路例：東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)102MW離岸距離：10-13km全海底電纜線路（場(chǎng)內(nèi)35kV）110kV并網(wǎng) 海上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行 電纜線路海上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 變電站的電氣主接線變電站的電氣主接線 風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng) 設(shè)備的選

7、擇與校驗(yàn)設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性 可靠性可靠性 集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)-經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性不同的連接方式的經(jīng)濟(jì)性不相同。不同的連接方式的經(jīng)濟(jì)性不相同。電纜總投資電纜總投資（RMBRMB）方案（方案（a a）方案（方案（b b）699.0086 10688.1926 10 4 4個(gè)海上變電站個(gè)海上變電站 12131213臺(tái)風(fēng)機(jī)一臺(tái)風(fēng)機(jī)一串串 大型海上風(fēng)電場(chǎng)手動(dòng)優(yōu)化較困難。大型海上風(fēng)電場(chǎng)手動(dòng)優(yōu)化較困難。集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)-可靠性 集電系統(tǒng)接線形式集電系統(tǒng)接線形式 拓?fù)湫问酵負(fù)湫问?、電氣設(shè)備故障率、電氣設(shè)備故障率 、 修復(fù)率修復(fù)率 風(fēng)能特性風(fēng)能特性 風(fēng)機(jī)功率曲線風(fēng)機(jī)功率曲線 、 風(fēng)速分布圖

8、風(fēng)速分布圖 海上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)優(yōu)化中還需考慮原有及規(guī)劃中天然氣管道，通信電纜管道等。電源點(diǎn)sourcesS1S2S3S4等效停運(yùn)率（不考慮風(fēng)能）EFOR0.0898174470.0959572720.1434308180.092609862等效停運(yùn)率（考慮風(fēng)能）EFOR0.5649368350.5678716440.5905637860.566271597等效容量（MW）Equivalent capacity24262426年停運(yùn)小時(shí)數(shù)（h）E4948.8466794974.5556035173.3387624960.539192 集電系統(tǒng)拓?fù)湫问接绊懞Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)可靠性。 海上風(fēng)電場(chǎng)可靠性主要受

9、風(fēng)能資源影響。風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行特性u(píng) 220kV系統(tǒng)短路容量：5151MVA ；u 220/121/38.5kV主變壓器容量： 180MVA ；u 35kV側(cè)負(fù)荷為50MVA；u 110kV側(cè)負(fù)荷68MVA ，功率因數(shù)0.9；u 風(fēng)電場(chǎng)距離7km；u 風(fēng)電場(chǎng)變壓器取110/10.5kV；u 風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為1 u風(fēng)電場(chǎng)容量：10*2MW風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行特性 對(duì)于不同的系統(tǒng)條件，改變風(fēng)力發(fā)電功率，研究在該系統(tǒng)條件下，風(fēng)電功率對(duì)系統(tǒng)電壓的影響，主要變化的系統(tǒng)條件有：1)并網(wǎng)電壓等級(jí)2)母線負(fù)荷（包括負(fù)荷水平和功率因數(shù)）3)系統(tǒng)等值阻抗4)風(fēng)電廠并網(wǎng)距離 35kV 或110kV并網(wǎng)時(shí)，隨著風(fēng)電功率增

10、大，35kV母線電壓降低，最大幅度約為-0.45%左右 35kV側(cè)并網(wǎng)和110kV側(cè)并網(wǎng)比較，35kV側(cè)并網(wǎng)時(shí)各母線電壓均較低1.并網(wǎng)電壓等級(jí)不同時(shí)的影響2.母線負(fù)荷的影響o各種負(fù)荷水平下，風(fēng)電功率對(duì)并網(wǎng)母線電壓影響幅度相當(dāng) 各種系統(tǒng)等值阻抗水平下，風(fēng)電功率對(duì)并網(wǎng)母線電壓影響幅度不同 等值阻抗增大時(shí)風(fēng)電功率增加對(duì)電壓的影響效果更加明顯 但這種效應(yīng)隨并網(wǎng)電壓的升高而減弱3.系統(tǒng)等值阻抗不同時(shí)的影響隨著風(fēng)電廠并網(wǎng)距離的不同，風(fēng)電功率對(duì)系統(tǒng)電壓影響幅度也不同，并網(wǎng)距離增大時(shí)風(fēng)電功率增加對(duì)電壓的影響效果更加明顯但這種效應(yīng)隨并網(wǎng)電壓的升高而減弱，且影響趨勢(shì)也有所改變4.風(fēng)電廠并網(wǎng)距離不同時(shí)的影響電纜系統(tǒng)

11、運(yùn)行特性分析R1X1C1R0X0C0Ohm/kmOhm/kmnF/kmOhm/kmOhm/kmnF/km110 kV架空線架空線0.070.41100.351.654.7電纜線電纜線0.040.114000.500.2840035 kV架空線架空線0.310.40100.401.505.0電纜線電纜線0.200.131700.500.30170 與架空線路相比，電纜線路電抗較小，且存在較大分布電容. 運(yùn)行中，存在較大的充電電流 電纜系統(tǒng)運(yùn)行特性分析不同標(biāo)稱截面,不同材料，電氣參數(shù)存在差異。截面變化對(duì)電纜的電阻參數(shù)影響較大，對(duì)電抗和電容參數(shù)影響小。架空線標(biāo)稱截面積r1(/km)X1(/km)r1(/km)X1(/km)700.450.412電纜線0.3420.141950.3320.40.2470.1341200.2630.3920.1960.1281500.210.3870.1590.1231850.170.380.1280.1192400.130.3720.09770.1153000.105