2024风电变流器关键技术

风电变流器关键技术2024目录2分散式风电应用背景01变流器面临的挑战02变流器关键技术03总结与展望043分散式风电应用背景从新能源产业发展形态看，分散式风电是国内风电发展到一定规模后的必然趋势之一，这已经成为行业的共识。2018年被喻为分散式风电启动、发展的元年。4月3日，国家能源局再次更新发布了《分散式风电项目开发建设暂行管理办法》，对分散式风电项目建设技术以及上网模式做出了明确的规定。分散式风电接入要求：“一个关键点，两个基本面“35千伏及以下：35千伏及以下电压等级接入的分散式风电项目，应充分利用现有变电站和配电系统设施，优先以T或者π接的方式接入电网。110千伏：110千伏（东北地区66千伏）电压等级接入的分散式风电项目只能有1个并网点，且总容量不应超过50兆瓦，接入系统设计和管理按照集中式风电场执行。关键点：接入电压等级应为110千伏及以下，并在110千伏及以下电压等级内消纳，不向110千伏的上一级电压等级电网反送电。分散式风电应用背景变电站容量：集中接入110KV变电站（与集中式并网类似）分散式风电接入配电网模式35KV专线接入110KV变电站110KV变电站标准设计一般容量是50MVA或63MVA,也有在40MVA、31.5MVA或者20MVA，可以采用单主变或双主变并列运行，单主变容量通常在50MVA左右；35KV变电站的主变容量一般在30~10MVA；10KV变电站的主变容量一般在8MVA；参考文献：《基于PSASP的分散式风电并网模式》分散式风电应用背景分散式风电接入配电网模式35KV专线接入35KV变电站T接入35KV变电站参考文献：《基于PSASP的分散式风电并网模式》分散式风电应用背景分散式风电特点总结装机容量受配电网容量限制，最大为50MVA；先找网，再找负荷，再找风，应用场景会有所局限；配电网中负载的影响，线路阻抗更为复杂：负荷的不确定性，线路阻抗的波动范围更宽，机组对电网阻抗适应能力要更强；负荷的不对称性，会导致三相线路阻抗不对称，电网背景谐波不一致，电压不平衡的幅值进一步增大；配电网中负荷的影响导致潮流的问题，机组并网点的电压波动范围会进一步增大。目录7分散式风电应用背景01变流器面临的挑战02变流器关键技术03总结与展望041、风电机组的初始系统成本持续降本要求和整个生命周期中的收益率提升要求变流器面临的挑战风电的竞价上网及平价上网要求；分散式风电定制型开发及项目总装机容量较小,设备外均摊成本较集中式高很多；收益率提升的要求，决定了除了要求风电场初始建设成本尽可能控制外，要求风电场整个生命周期中的机组运维成本降低、发电量能有效提升等方面。分散式风电项目单体容量相对较小、投资回收期长，现金流和资金链面临较大压力，如何通过商业模式，以及技术的创新，使得投资者获得可预计回报？2.风电场阻抗特性变化导致的机组并网电流的高、低频谐振问题并网电流的低次谐振并网电流的高次谐振变流器面临的挑战3、电网背景谐波导致的并网电流的谐波过大及谐振问题电网23次/25次背景谐波（机组未运行）

机组并网电流、电网电压保护瞬间（谐振波形）35KV侧电网谐波数值（23次谐波含量达4.4%）变流器面临的挑战4、次同步谐振问题；5～20HZ左右（基本周期的2～10倍）案例1：2012年，河北沽源风电场突然出现次同步振荡并迅速发散特点：风电场采用固定串补线路线路；10Hz左右，振荡电流可达1.5p.u.；SSR发生在功率下降时。升压站母线电压幅值变流器面临的挑战变流器面临的挑战4、次同步谐振问题；5～20HZ左右（基波周期的2～10倍）案例2：2015年7月，新疆哈密地区某风场发生次同步振荡事故导致附近火电厂三台660MW大机组跳闸。特点：1、次同步振荡持续时间达数分钟；2、次同步振荡频率与火电机组扭振模态频率相近时易引起共振。5、电网电压不平衡控制问题变流器面临的挑战目录14分散式风电应用背景01变流器面临的挑战02变流器关键技术03总结与展望041、系统降本要求及收益率系统降本及收益率提升方案：提升功率等级，加大功率密度，降低单瓦成本；提升电压，降低电流，扩大功率器件选型范围；优化散热方式，降低配套直材成本；增进机组一体化设计。一体化设计压缩成本变流器关键技术一体化机风能变流器塔基主控柜辅助变压器冷却系统变流器关键技术带双模控制功能的低压三电平双馈机组拓扑结构图定子中压双馈机组拓扑结构图低压风电机组的额定电压提升1、系统降本要求及收益率要求低压三电平全功率变流器拓扑结构2、机组的电网阻抗适应性问题；阻抗稳定性判据:通过调整Zg(s)/Zo(s)满足Nyquist判据，来实现电流源并网模式的稳定性。并且，当满足幅值条件（|Zg|<|Zo|）,此时直接满足逆变器稳定性；当幅值条件不满足时，需要考虑相位条件。如上面右图所示。双馈机组模型阻抗稳定性判据电网模型变流器关键技术3、风能变流器需具备更强的电网背景谐波适应能力，同时需要具备谐波补偿功能在分散式机组中，考虑配电网系统中复杂的负载特性，风能变流器网侧滤波器拓扑将有可能需要做如下改进：常规的LCL方案（变压器副边漏感作为网侧变流器外侧滤波电感）LLCL或LL方案（变压器副边漏感作为网侧变流器外侧滤波电感）更强的电网谐波适应能力变流器关键技术3、风能变流器需具备更强的电网谐波适应，同时需要具备谐波补偿功能谐波补偿功能电阻型虚拟谐波阻抗结构示意图复合型虚拟谐波阻抗控制框图变流器关键技术并网电流平衡控制：交流侧瞬时有功功率中存在2次脉动，直流侧电压中出现2次谐波；功率平衡控制：控制直流侧电压无脉动，由于控制自由度限制，若抑制了直流侧电压的脉动，必然要牺牲输出电流的平衡。两种控制方法优缺点是互补的，实际中应当根据应用场合，功率平衡控制电流平衡控制4、机组的电网电压不平衡要求变流器关键技术5、电网低电压故障穿越能力及精准防孤岛要求分散式机组低电压故障穿越要求防孤岛要求：应具备快速监测孤岛运行状况，具备立即断开与电网连接的能力。防孤岛保护动作的时间能做到精准设置，同时孤岛保护应与配电网线路重合闸、备自投等自动装置配合整定。LVRT要求：变流器关键技术6、电网电压幅值稳定控制能力及更强的无功要求带分散式风电系统配电网简图分散式风电机组无功出力范围（标准讨论稿）分散式风电并网点稳定电压在85%～110%标称电压之间变流器关键技术目录23分散式风电应用背景01变流器面临的挑战02变流器关键技术03总结与展望04总结与展望电网适应能力接入配电网，机组要求适配的变流器对电网阻抗适应、电网谐波适应等提出了更高的要求；在弱网或者分散式系统中，控制系统稳定性和快速性需要权衡考虑。智能化在线调整变流器的输出阻抗幅值和相位的能力，将有可能是标配要求；成本控制能力根据分散式风