海上風(fēng)電場電氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與運行

1、海上風(fēng)電場電氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與運行符楊符楊 上海電力學(xué)院上海電力學(xué)院內(nèi)容 上海電力學(xué)院簡介 海上風(fēng)電發(fā)展概況 海上風(fēng)電場集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 風(fēng)電場并網(wǎng)運行分析 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)電項目組風(fēng)力發(fā)電項目組 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)主要項目名稱主要項目名稱項目來源（編號）項目來源（編號）MWMW級風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)關(guān)鍵級風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究技術(shù)研究上海市重點科技攻關(guān)項目上海市重點科技攻關(guān)項目 (0616120

2、40)(061612040)大型電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測與故障大型電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(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劃上海市科委青年科技啟明星計劃(01QF14026)(01QF14026)海上風(fēng)電場風(fēng)機、變電場電氣關(guān)海上風(fēng)電場風(fēng)機、變電場電氣關(guān)鍵技術(shù)研究鍵技術(shù)研究上海市重點科技攻關(guān)項目上海市重點科技攻關(guān)項目 (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)研究上海市重點科技攻關(guān)項目上海市重點科技攻關(guān)項目 (052312003)(052312003)風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)運行分析研風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)運行分析研究究上海市電力公司重點科

3、技項目上海市電力公司重點科技項目(H2005-57)(H2005-57)海上風(fēng)電場海上風(fēng)電場可行性研究可行性研究中國歐盟能源合作項目中國歐盟能源合作項目（EEP-PMU/CN/126077/RE002EEP-PMU/CN/126077/RE002）風(fēng)電項目組風(fēng)電項目組|完成項目主要項目名稱主要項目名稱項目來源（編號）項目來源（編號）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家自然科學(xué)基金項目國家自然科學(xué)基金項目（5080703550807035）東海大橋東海大橋1010萬千瓦萬千瓦海上風(fēng)電場海上風(fēng)電場建設(shè)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究接入系統(tǒng)與運關(guān)鍵技

4、術(shù)應(yīng)用研究接入系統(tǒng)與運行維護關(guān)鍵技術(shù)研究行維護關(guān)鍵技術(shù)研究上海市重大科技攻關(guān)項目子課題上海市重大科技攻關(guān)項目子課題(08DZ1200604)(08DZ1200604)多運行方式下的多運行方式下的風(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劃年度上海市浦江人才計劃大規(guī)模太陽能與大規(guī)模太陽能與風(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)研究上海市重點科技攻關(guān)項目上海市重點科技攻關(guān)項目(071605123)(071605123)風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行性能及對電網(wǎng)影并網(wǎng)運行性能及對電網(wǎng)影響的研究響的研

5、究上海市教委科技創(chuàng)新計劃重點項上海市教委科技創(chuàng)新計劃重點項目目（08ZZ9208ZZ92）風(fēng)電項目組風(fēng)電項目組|項目國外海上風(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.國外海上風(fēng)電發(fā)展概況 海上風(fēng)電場容量可媲美傳統(tǒng)火電機組。 海上風(fēng)電場離岸距離越來越遠。瑞典 Gotland Island 2.5MW西班牙Puerto de Bilbao 10MW丹麥Horn Rev160MW 英國Beatrice 1000MW（規(guī)劃中） 國內(nèi)海上風(fēng)電發(fā)展概況 東海大橋100MW海上風(fēng)電場(完成建設(shè)) 江蘇

6、龍源如東150MW海上風(fēng)電場（招標） 江蘇東臺將建30萬千瓦海上風(fēng)電項目 2010年2月，國家能源局、國家海洋局聯(lián)合下發(fā)了海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)管理暫行辦法 我國海上風(fēng)電開發(fā)將進入快速發(fā)展時期海上風(fēng)電場特點風(fēng)電場容量大（10萬kW級）大容量并網(wǎng)距離海岸遠（10km），35kV及110kV（國內(nèi)暫無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102MW離岸距離：10-13km全海底電纜線路（場內(nèi)35kV）110kV并網(wǎng) 海上風(fēng)電場集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 海上風(fēng)電場并網(wǎng)運行 電纜線路海上風(fēng)電場集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 變電站的電氣主接線變電站的電氣主接線 風(fēng)電場集電系統(tǒng)風(fēng)電場集電系統(tǒng) 設(shè)備的選

7、擇與校驗設(shè)備的選擇與校驗 經(jīng)濟性經(jīng)濟性 可靠性可靠性 集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計-經(jīng)濟性經(jīng)濟性不同的連接方式的經(jīng)濟性不相同。不同的連接方式的經(jīng)濟性不相同。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個海上變電站個海上變電站 12131213臺風(fēng)機一臺風(fēng)機一串串 大型海上風(fēng)電場手動優(yōu)化較困難。大型海上風(fēng)電場手動優(yōu)化較困難。集電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計-可靠性 集電系統(tǒng)接線形式集電系統(tǒng)接線形式 拓撲形式拓撲形式 、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)機功率曲線風(fēng)機功率曲線 、 風(fēng)速分布圖

8、風(fēng)速分布圖 海上風(fēng)電場集電系統(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sourcesS1S2S3S4等效停運率（不考慮風(fēng)能）EFOR0.0898174470.0959572720.1434308180.092609862等效停運率（考慮風(fēng)能）EFOR0.5649368350.5678716440.5905637860.566271597等效容量（MW）Equivalent capacity24262426年停運小時數(shù)（h）E4948.8466794974.5556035173.3387624960.539192 集電系統(tǒng)拓撲形式影響海上風(fēng)電場可靠性。 海上風(fēng)電場可靠性主要受

9、風(fēng)能資源影響。風(fēng)電場并網(wǎng)運行特性u 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)負荷為50MVA；u 110kV側(cè)負荷68MVA ，功率因數(shù)0.9；u 風(fēng)電場距離7km；u 風(fēng)電場變壓器取110/10.5kV；u 風(fēng)力發(fā)電機功率因數(shù)為1 u風(fēng)電場容量：10*2MW風(fēng)電場并網(wǎng)運行特性 對于不同的系統(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2)母線負荷（包括負荷水平和功率因數(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，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)時各母線電壓均較低1.并網(wǎng)電壓等級不同時的影響2.母線負荷的影響o各種負荷水平下，風(fēng)電功率對并網(wǎng)母線電壓影響幅度相當 各種系統(tǒng)等值阻抗水平下，風(fēng)電功率對并網(wǎng)母線電壓影響幅度不同 等值阻抗增大時風(fēng)電功率增加對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)等值阻抗不同時的影響隨著風(fēng)電廠并網(wǎng)距離的不同，風(fēng)電功率對系統(tǒng)電壓影響幅度也不同，并網(wǎng)距離增大時風(fēng)電功率增加對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，且影響趨勢也有所改變4.風(fēng)電廠并網(wǎng)距離不同時的影響電纜系統(tǒng)

11、運行特性分析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. 運行中，存在較大的充電電流 電纜系統(tǒng)運行特性分析不同標稱截面,不同材料，電氣參數(shù)存在差異。截面變化對電纜的電阻參數(shù)影響較大，對電抗和電容參數(shù)影響小。架空線標稱截面積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