風(fēng)力發(fā)電與無功補償

風(fēng)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(fēng)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(fēng)力發(fā)電機組第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四31風(fēng)力發(fā)電機組恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)（CSCF）

：在風(fēng)力發(fā)電過程中保持發(fā)電機的轉(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)電機系統(tǒng)（VSCF）：在風(fēng)力發(fā)電過程中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以隨風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機組——雙饋式變速恒頻風(fēng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常采用的發(fā)電機為轉(zhuǎn)子交流勵磁雙饋發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機類似。控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速運行范圍所決定的轉(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(fēng)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(fēng)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(yīng)不同的風(fēng)速區(qū)，大大拓寬了風(fēng)力發(fā)電的地域范圍。

——直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

1風(fēng)力發(fā)電機組變槳距變速直接驅(qū)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(fēng)力發(fā)電機組采用多極發(fā)電機與葉輪直接連接進行驅(qū)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(shù)，可靠性和效率更高，處于當(dāng)今國際上領(lǐng)先地位，在今后風(fēng)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(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，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(chǎn)生了諧波第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四8風(fēng)力發(fā)電據(jù)有其特殊性，由于風(fēng)電機組的原動力來源于流經(jīng)風(fēng)力機的風(fēng)能，而風(fēng)速和風(fēng)向具有隨機變動的自然特性，因此風(fēng)電機組的電能輸出也是隨機變動的，換句話說，風(fēng)電機組屬于不能進行出力調(diào)整的電源裝置，所以，風(fēng)力發(fā)電出力的短周期變動較為顯著?！L(fēng)能的特點2風(fēng)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(fēng)力發(fā)電據(jù)有其特殊性風(fēng)速和風(fēng)向具有隨機變動的自然特性不同安裝地點的風(fēng)速和風(fēng)向具有明顯的差異同一個風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機組，其出力的變動也是不同步隨著風(fēng)電場規(guī)模的增大，風(fēng)電場接入系統(tǒng)引起的電能質(zhì)量問題必將越來越嚴(yán)重，在某些情況下電能質(zhì)量問題將成為制約風(fēng)電場裝機容量的主要因素?！L(fēng)能的特點2風(fēng)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(fēng)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(fēng)電場無功需求的特點在停風(fēng)狀態(tài)下也保持與電網(wǎng)的聯(lián)接并從系統(tǒng)吸收無功。風(fēng)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(fēng)電場的無功變化在滿發(fā)時會抬高風(fēng)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(fēng)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(fēng)機有功出力的變化,無功需求也在變化,當(dāng)風(fēng)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(jīng)線路時也會引起線路損耗。風(fēng)電場從系統(tǒng)吸收無功所經(jīng)的線路較長,又會增加一定的線路或變壓器損耗。2風(fēng)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(fēng)機容量較小，數(shù)量眾多每臺風(fēng)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(jīng)35kV/110kV變壓器升壓送出，升壓變壓器無功損耗大風(fēng)電場處于負(fù)荷末端，與系統(tǒng)聯(lián)系弱，長距離的輸電線路傳輸導(dǎo)致一定的無功損耗——無功功率的控制:2風(fēng)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(dāng)風(fēng)電機組運行在不同的輸出功率時，風(fēng)電機組的可控功率因數(shù)變化范圍應(yīng)在-0.95~+0.95之間。風(fēng)電場無功功率的調(diào)節(jié)范圍和響應(yīng)速度，應(yīng)滿足風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓調(diào)節(jié)的要求。原則上風(fēng)電場升壓變電站高壓側(cè)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(fēng)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(fēng)電場無功補償功率因數(shù)采用滿足2風(fēng)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(fēng)電場電壓穩(wěn)定問題電網(wǎng)運行必須考慮大片區(qū)域風(fēng)電機組切機帶來的電壓穩(wěn)定問題。風(fēng)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(fēng)電電源往往處于遠離負(fù)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(nèi)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(fēng)電場的接入點選擇性地安裝快速無功補償設(shè)備，以提供必要的無功和電壓支撐。2風(fēng)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(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動的時候，要求風(fēng)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(fēng)電場配備的無功補償設(shè)施必須是可調(diào)節(jié)的，可以根據(jù)系統(tǒng)的變化作出動態(tài)的響應(yīng)?！收洗┰侥芰?2風(fēng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，風(fēng)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(fēng)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(shù)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(diào)壓SVCSVG

并聯(lián)電容器分組投切真空/FS6開關(guān)

變壓器多分接頭形式分組切換

晶閘管控制電抗器線性調(diào)節(jié)

IGBT/GTO

線性調(diào)節(jié)無功電源應(yīng)用于風(fēng)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(guān)不能反復(fù)投切第一代無功補償技術(shù)第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四21有載調(diào)壓無功調(diào)節(jié)裝置

根據(jù)Q=2πfCU2原理通過改變電容器端電壓來調(diào)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(diào)節(jié)電容出力。第一代補償技術(shù)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(diào)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(diào)節(jié)。

通過改變可控硅開放角調(diào)節(jié)等效基波電抗。第二代補償技術(shù)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(shù)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(diào)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(yīng)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%