風力發(fā)電與無功補償

風力發(fā)電與無功補償?shù)?頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2風力發(fā)電機組分類恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)1風力發(fā)電機組第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四31風力發(fā)電機組恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)（CSCF）

：在風力發(fā)電過程中保持發(fā)電機的轉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)電機系統(tǒng)（VSCF）：在風力發(fā)電過程中發(fā)電機的轉速可以隨風速變化，而通過其他的控制方式來得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四41風力發(fā)電機組——雙饋式變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)

第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四5雙饋式變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)常采用的發(fā)電機為轉子交流勵磁雙饋發(fā)電機，其結構與繞線式異步電機類似?？刂品桨甘窃谵D子電路實現(xiàn)的，流過轉子電路的功率是由交流勵磁發(fā)電機的轉速運行范圍所決定的轉差功率，該轉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?？蓪崿F(xiàn)變速恒頻控制，減少變頻器的容量外，還可實現(xiàn)對有功、無功功率的靈活控制.缺點是交流勵磁發(fā)電機仍然有滑環(huán)和電刷。1.風力發(fā)電機組第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四6利用變速恒頻發(fā)電方式，風力機就可以改恒速運行為變速運行，從而可比恒速運行獲取更多的能量。尤其是這種變速機組可適應不同的風速區(qū)，大大拓寬了風力發(fā)電的地域范圍。

——直驅型變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)

1風力發(fā)電機組變槳距變速直接驅動同步機系統(tǒng)電力電子交換器第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四7這種風力發(fā)電機組采用多極發(fā)電機與葉輪直接連接進行驅動，從而免去了齒輪箱這一傳統(tǒng)部件。采用永磁發(fā)電機技術，可靠性和效率更高，處于當今國際上領先地位，在今后風電機組發(fā)展中將有很大的發(fā)展空間。發(fā)電機多采用永磁同步發(fā)電機，其轉子為永磁式結構，無須外部提供勵磁電源，提高了效率。

缺點：增大了變頻器的容量，產生了諧波第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四8風力發(fā)電據(jù)有其特殊性，由于風電機組的原動力來源于流經風力機的風能，而風速和風向具有隨機變動的自然特性，因此風電機組的電能輸出也是隨機變動的，換句話說，風電機組屬于不能進行出力調整的電源裝置，所以，風力發(fā)電出力的短周期變動較為顯著?！L能的特點2風機并網(wǎng)需要解決的問題第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四9

風力發(fā)電據(jù)有其特殊性風速和風向具有隨機變動的自然特性不同安裝地點的風速和風向具有明顯的差異同一個風電場內的風電機組，其出力的變動也是不同步隨著風電場規(guī)模的增大，風電場接入系統(tǒng)引起的電能質量問題必將越來越嚴重，在某些情況下電能質量問題將成為制約風電場裝機容量的主要因素?！L能的特點2風機并網(wǎng)需要解決的問題第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四10——無功功率的控制2風機并網(wǎng)需要解決的問題第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四11--風電場無功需求的特點在停風狀態(tài)下也保持與電網(wǎng)的聯(lián)接并從系統(tǒng)吸收無功。風力發(fā)電機組的無功需求量隨著有功變化而變化,采用傳統(tǒng)并聯(lián)電容器組進行無功補償，仍需從電網(wǎng)吸收部分無功。風電場的無功變化在滿發(fā)時會抬高風機出口電壓,在并網(wǎng)時會在瞬間較大幅度降低出口電壓。風電場變壓器要向系統(tǒng)吸收一定的無功,其數(shù)量大約是變壓器容量的1%～1.4%。此外,隨著風機有功出力的變化,無功需求也在變化,當風機本身的無功補償不足以補償這些無功變化時,就需從電網(wǎng)吸收無功,這些無功在流經線路時也會引起線路損耗。風電場從系統(tǒng)吸收無功所經的線路較長,又會增加一定的線路或變壓器損耗。2風機并網(wǎng)需要解決的問題第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四12單臺風機容量較小，數(shù)量眾多每臺風機均由一臺箱變升壓至統(tǒng)一的35kV母線上，箱式變壓器數(shù)量眾多，無功損耗大經35kV/110kV變壓器升壓送出，升壓變壓器無功損耗大風電場處于負荷末端，與系統(tǒng)聯(lián)系弱，長距離的輸電線路傳輸導致一定的無功損耗——無功功率的控制:2風機并網(wǎng)需要解決的問題第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四13當風電機組運行在不同的輸出功率時，風電機組的可控功率因數(shù)變化范圍應在-0.95~+0.95之間。風電場無功功率的調節(jié)范圍和響應速度，應滿足風電場并網(wǎng)點電壓調節(jié)的要求。原則上風電場升壓變電站高壓側功率因數(shù)按1.0配置，運行過程中可按-0.98~+0.98控制?！獰o功功率的控制:2風機并網(wǎng)需要解決的問題第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四14——無功功率的控制風電場無功補償功率因數(shù)采用滿足2風機并網(wǎng)需要解決的問題第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四15——風電場電壓穩(wěn)定問題電網(wǎng)運行必須考慮大片區(qū)域風電機組切機帶來的電壓穩(wěn)定問題。風電場退出運行時，系統(tǒng)由于突然失去大量無功注入可能存在電壓崩潰的危險。此外，風電電源往往處于遠離負荷中心的電網(wǎng)邊緣，與電網(wǎng)之間的連接相對較弱，切機造成的瞬間無功富余無法由內陸地區(qū)的電力系統(tǒng)有效消化。故障后，整個弱連接系統(tǒng)可能會因為過多的無功富余有過電壓的危險。因此，有必要在風電場的接入點選擇性地安裝快速無功補償設備，以提供必要的無功和電壓支撐。2風機并網(wǎng)需要解決的問題第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四16故障穿越能力，主要指的就是低電壓穿越能力，當系統(tǒng)發(fā)生擾動的時候，要求風電場不僅能保證不切機，而且可以對系統(tǒng)電壓進行一定的無功支撐，參與到電壓穩(wěn)定的控制中。這就要求風電場配備的無功補償設施必須是可調節(jié)的，可以根據(jù)系統(tǒng)的變化作出動態(tài)的響應。——故障穿越能力:2風機并網(wǎng)需要解決的問題第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四17在不同的系統(tǒng)拓撲結構中，風電場并網(wǎng)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響是不同的，故障穿越時間的要求也不同?！收洗┰侥芰?2風機并網(wǎng)需要解決的問題第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四18Slow

VARS1stGenerationMechanicallySwitchedDevicesThyristorSwitchedComponents2ndGenerationVSCTechnology3rdGenerationFastVARS3各種無功補償技術第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四19①②③④并聯(lián)電容器組有載調壓SVCSVG

并聯(lián)電容器分組投切真空/FS6開關

變壓器多分接頭形式分組切換

晶閘管控制電抗器線性調節(jié)

IGBT/GTO

線性調節(jié)無功電源應用于風電場的無功補償?shù)?9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四20并聯(lián)電容器－FC或MSC提供超前的無功補償容量固定機械開關不能反復投切第一代無功補償技術第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四21有載調壓無功調節(jié)裝置

根據(jù)Q=2πfCU2原理通過改變電容器端電壓來調節(jié)無功輸出,電容器固定接入不分組，而其輸出容量可從（100～25）%分九級輸出。

通過改變固定電容器兩端電壓調節(jié)電容出力。第一代補償技術第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四22晶閘管控制電抗器－TCR通常與固定電容器配合電容器提供超前的無功TCR提供滯后的無功，大小連續(xù)可調總體上既可提供超前的無功，也可提供滯后的無功可連續(xù)動態(tài)調節(jié)。

通過改變可控硅開放角調節(jié)等效基波電抗。第二代補償技術第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四23靜止無功發(fā)生器－SVG原理：直接電流控制，等效為一受控的電流源SVG若則既可以發(fā)容性無功，又可以發(fā)感性無功。第三代補償技術第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四24分組投切電容器變壓器分接頭有載調壓式SVC(TCR型)SVG動態(tài)/靜態(tài)動態(tài)、臺階動態(tài)、臺階快速、連續(xù)快速、連續(xù)響應速度可以實現(xiàn)<2秒可以實現(xiàn)<2秒<10ms5-10ms補償效果臺階式補償臺階式補償連續(xù)線性補償連續(xù)線性補償損耗小，約0.1%大，約4-7%小，約0.2-0.3%