风力发电与无功补偿

1、1职业技能鉴定培训2013年6月RXPERongxin Power Electronic2风力发电机组分类风力发电机组分类恒速恒频发电系统恒速恒频发电系统变速恒频发电系统变速恒频发电系统RXPERongxin Power Electronic3恒速恒频发电机系统（CSCF） ：在风力发电过程中保持发电机的转速不变从而得到和电网频率一致的恒频电能。变速恒频发电机系统（VSCF ）：在风力发电过程中发电机的转速可以随风速变化，而通过其他的控制方式来得到和电网频率一致的恒频电能。RXPERongxin Power Electronic4齿轮箱电力电子交换器变桨距变速双馈感应机系统双馈式变速恒频风力发

2、电系统双馈式变速恒频风力发电系统 RXPERongxin Power Electronic5n双馈式变速恒频风力发电系统常采用的发电机为双馈式变速恒频风力发电系统常采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步转子交流励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步电机类似。电机类似。n控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分，变频器的成本以及控制难度大大降低。小部分，变频器的成本以

3、及控制难度大大降低。n可实现变速恒频控制，减少变频器的容量外，还可实现变速恒频控制，减少变频器的容量外，还可实现对有功、无功功率的灵活控制可实现对有功、无功功率的灵活控制.n缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷。缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷。 RXPERongxin Power Electronic6直驱型变速恒频风力发电系统直驱型变速恒频风力发电系统 变桨距变速直接驱动同步机系统电力电子交换器RXPERongxin Power Electronic7这种风力发电机组采用多极发电机与叶这种风力发电机组采用多极发电机与叶轮直接连接进行驱动，从而免去了齿轮轮直接连接进行驱动，从而免去了齿轮

4、箱这一传统部件。箱这一传统部件。采用永磁发电机技术，可靠性和效率更采用永磁发电机技术，可靠性和效率更高，处于当今国际上领先地位，在今后高，处于当今国际上领先地位，在今后风电机组发展中将有很大的发展空间。风电机组发展中将有很大的发展空间。发电机多采用永磁同步发电机，其转子发电机多采用永磁同步发电机，其转子为永磁式结构，无须外部提供励磁电源，为永磁式结构，无须外部提供励磁电源，提高了效率。提高了效率。 缺点：增大了变频器的容量，产生了谐缺点：增大了变频器的容量，产生了谐波波RXPERongxin Power Electronic8n风力发电据有其特殊性，由于风电机组的原风力发电据有其特殊性，由于风

5、电机组的原动力来源于流经风力机的风能，而风速和风动力来源于流经风力机的风能，而风速和风向具有随机变动的自然特性，因此风电机组向具有随机变动的自然特性，因此风电机组的电能输出也是随机变动的，换句话说，的电能输出也是随机变动的，换句话说，风风电机组属于不能进行出力调整的电源装置，电机组属于不能进行出力调整的电源装置，所以，风力发电出力的短周期变动较为显著所以，风力发电出力的短周期变动较为显著。风能的特点风能的特点RXPERongxin Power Electronic9 风力发电据有其特殊性风力发电据有其特殊性风速和风向具有随机变动的自然特性风速和风向具有随机变动的自然特性不同安装地点的风速和风向

6、具有明显的差异不同安装地点的风速和风向具有明显的差异同一个风电场内的风电机组，其出力的变动也是不同步同一个风电场内的风电机组，其出力的变动也是不同步随着风电场规模的增大，风电场接入系统引起的电能质量随着风电场规模的增大，风电场接入系统引起的电能质量问题必将越来越严重，在某些情况下电能质量问题将成为问题必将越来越严重，在某些情况下电能质量问题将成为制约风电场装机容量的主要因素。制约风电场装机容量的主要因素。风能的特点风能的特点RXPERongxin Power Electronic1035/110kV50000kVA110kV35kV111500kW35kV690V0.69/35kV111600

7、kVA111500kW35kV690V0.69/35kV111600kVA111500kW35kV690V0.69/35kV111600kVA无功功率的控制无功功率的控制RXPERongxin Power Electronic11n在停风状态下也保持与电网的联接并从系统吸收无功。在停风状态下也保持与电网的联接并从系统吸收无功。n风力发电机组的无功需求量随着有功变化而变化风力发电机组的无功需求量随着有功变化而变化 , ,采用传采用传统并联电容器组进行无功补偿，仍需从电网吸收部分无功。统并联电容器组进行无功补偿，仍需从电网吸收部分无功。n风电场的无功变化在满发时会抬高风机出口电压风电场的无功变化在

8、满发时会抬高风机出口电压 , ,在并网在并网时会在瞬间较大幅度降低出口电压。时会在瞬间较大幅度降低出口电压。n风电场变压器要向系统吸收一定的无功风电场变压器要向系统吸收一定的无功 , ,其数量大约是变其数量大约是变压器容量的压器容量的 1 %1 %1. 4 %1. 4 %。此外。此外 , ,随着风机有功出力的变随着风机有功出力的变化化 , ,无功需求也在变化无功需求也在变化 , ,当风机本身的无功补偿不足以补偿当风机本身的无功补偿不足以补偿这些无功变化时这些无功变化时 , ,就需从电网吸收无功就需从电网吸收无功 , ,这些无功在流经线这些无功在流经线路时也会引起线路损耗。风电场从系统吸收无功所

9、经的线路时也会引起线路损耗。风电场从系统吸收无功所经的线路较长路较长 , ,又会增加一定的线路或变压器损耗。又会增加一定的线路或变压器损耗。RXPERongxin Power Electronic12n单台风机容量较小，数量众多单台风机容量较小，数量众多n每台风机均由一台箱变升压至统一的每台风机均由一台箱变升压至统一的35kV母线上，箱式变压器数量众多，无功损耗大母线上，箱式变压器数量众多，无功损耗大n经经35kV/110kV变压器升压送出，升压变变压器升压送出，升压变压器无功损耗大压器无功损耗大n风电场处于负荷末端，与系统联系弱，长距风电场处于负荷末端，与系统联系弱，长距离的输电线路传输导致

10、一定的无功损耗离的输电线路传输导致一定的无功损耗无功功率的控制无功功率的控制:RXPERongxin Power Electronic13u当风电机组运行在不同的输出功率时，风电机组的可控功率因数变化范围应在-0.95+0.95之间。u风电场无功功率的调节范围和响应速度，应满足风电场并网点电压调节的要求。原则上风电场升压变电站高压侧功率因数按1.0配置，运行过程中可按-0.98+0.98控制。无功功率的控制无功功率的控制:RXPERongxin Power Electronic14无功功率的控制无功功率的控制风电场无功补偿功率因数采用满足RXPERongxin Power Electronic

11、15n电网运行必须考虑大片区域风电机组切机带来的电压稳定电网运行必须考虑大片区域风电机组切机带来的电压稳定问题。问题。n风电场退出运行时，系统由于突然失去大量无功注入可能风电场退出运行时，系统由于突然失去大量无功注入可能存在电压崩溃的危险。此外，风电电源往往处于远离负荷存在电压崩溃的危险。此外，风电电源往往处于远离负荷中心的电网边缘，与电网之间的连接相对较弱，切机造成中心的电网边缘，与电网之间的连接相对较弱，切机造成的瞬间无功富余无法由内陆地区的电力系统有效消化。的瞬间无功富余无法由内陆地区的电力系统有效消化。n故障后，整个弱连接系统可能会因为过多的无功富余有过故障后，整个弱连接系统可能会因为

12、过多的无功富余有过电压的危险。因此，电压的危险。因此，有必要在风电场的接入点选择性地安有必要在风电场的接入点选择性地安装快速无功补偿设备，以提供必要的无功和电压支撑装快速无功补偿设备，以提供必要的无功和电压支撑。RXPERongxin Power Electronic16n故障穿越能力，主要指的就是故障穿越能力，主要指的就是低电压穿越能低电压穿越能力力， 当系统发生扰动的时候，要求风电场当系统发生扰动的时候，要求风电场不仅能保证不切机，而且可以对系统电压进不仅能保证不切机，而且可以对系统电压进行一定的无功支撑，参与到电压稳定的控制行一定的无功支撑，参与到电压稳定的控制中中。n这就要求风电场配备

13、的无功补偿设施必须是这就要求风电场配备的无功补偿设施必须是可调节的，可以根据系统的变化作出动态的可调节的，可以根据系统的变化作出动态的响应。响应。故障穿越能力故障穿越能力:RXPERongxin Power Electronic17在不同的系统拓扑结构中，风电场并网对电网稳定性的影响是不同的，故障穿越时间的要求也不同。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并联电容器组并联电容器组有载调压有载调压SVCSVGl 并联电容器l 分组投切l 真空/FS6开关 l 变压器多分接头形式l 分组切换 l 晶闸管控制电抗器l 线性调节 l IGBT/GTOl 线性调节l 无功电源RXPERongxin Power Electronic20SRCLIICIRLUIRLIICU机械开关不能反复投切机械开关不能反复投切RXPERongxin Power Electronic21 RXPERongxin Power Electronic22通常与固定电容器配合通常与固定电容器配合电容器提供超前的无功电容器提供超前的无功TCRTCR提供滞后的无功，大小连提供滞后的无功，大小连续可调续可调总体上既可提供超前的无功，总体上既可提供超前的无功，也可提供滞后的无功也可提供滞后的无功可连续动态调节。可连续动态调节。 I V L 可控电纳 RXPERongxin Power Electronic23SUsZFZAI+-SILILLpLqIIIsLALpLqAIIIIIIALqIIsLpIIRXPERongxin Power Electronic24分组投切电容器分组投切电容器变压器分接头变压器分接头有载调压式有载调压式S