风力发电与无功补偿精选文档.ppt

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1、风力发电与无功补偿风力发电与无功补偿本讲稿第一页，共二十五页2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1 风力发电机组风力发电机组本讲稿第二页，共二十五页31 风力发电机组风力发电机组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。本讲稿第三页，共二十五页41 风力发电机组风力发电机组双馈式变速恒频风力发电系统双馈式变速恒频风力发电系统 本讲稿第四页，共二十五

2、页5n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电机类似。励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步电机类似。n控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率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的转差功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小部分，变频率，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。器的成本以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，还可实可实现变速恒频控制，

3、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。1.风力发电机组风力发电机组本讲稿第五页，共二十五页6 利用变速恒频发电方式，风力机就可以改恒速运行为变速利用变速恒频发电方式，风力机就可以改恒速运行为变速利用变速恒频发电方式，风力机就可以改恒速运行为变速利用变速恒频发电方式，风力机就可以改恒速运行为变速运行，从而可比恒速运行获取更多的能量。尤其是这种变运行，从而可比恒速运行获取更多的能量。尤其是这种变运行，从而可比恒速运行获取更多的能量。尤其是这种变运行，从而可比恒速运行获取更多的

4、能量。尤其是这种变速机组可适应不同的风速区，大大拓宽了风力发电的地域速机组可适应不同的风速区，大大拓宽了风力发电的地域速机组可适应不同的风速区，大大拓宽了风力发电的地域速机组可适应不同的风速区，大大拓宽了风力发电的地域范围。范围。范围。范围。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 1风力发电机组风力发电机组变桨距变速直接驱动同步机系统电力电子交换器本讲稿第六页，共二十五页7这种风力发电机组采用多极发电机与叶轮直接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，从而免去了齿轮箱这一传统部连接进行驱动，从而免去了齿轮箱这一传统部件。件。采用永磁发电机技术，可靠性和效率更高，采用

5、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，在今后风电机组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。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，其转子为永磁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，提高了效率。式结构，无须外部提供励磁电源，提高了效率。缺点：增大了变频器的容量，产生了谐波缺点：增大了变频器的容量，产生了谐波本讲稿第七页，共二十五页8n风力发电据有其特殊性，由于风电机组的原动力风力发电据有其特殊性，由于风电机组的原动力来源于流经风力机的风能，而风速和风向具有随来源于流经风力机的风能，而风速和风向具有随机变动

6、的自然特性，因此风电机组的电能输出也机变动的自然特性，因此风电机组的电能输出也是随机变动的，换句话说，是随机变动的，换句话说，风电机组属于不能进风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短周期变动较为显著。风能的特点风能的特点2 风机并网需要解决的问题风机并网需要解决的问题本讲稿第八页，共二十五页9 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

7、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问题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制约风电必将越来越严重，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。场装机容量的主要因素。风能的特点风能的特点2 风机并网需要解决的问题风机并网需要解决的问题本讲稿第九页，共二十五页10无功功率的控制无功功率的控制2 风机并网需要解决的问题风机并网需要解决的问题本讲稿第十页，共二十五页11-风电场无功需求的特点n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

8、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 ,采用传统并联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。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满发时会抬高风机出口电压 ,在并网时会在瞬在并网时会在瞬间较大幅度降低出口电压。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 ,其数量大约是变压器容其数量大约是变压器容量的量的 1%1%1.4%1.4%。此外。此外 ,随着风机有功出力的变化随着风

9、机有功出力的变化 ,无功需求无功需求也在变化也在变化 ,当风机本身的无功补偿不足以补偿这些无功变化时当风机本身的无功补偿不足以补偿这些无功变化时 ,就需就需从电网吸收无功从电网吸收无功 ,这些无功在流经线路时也会引起线路损耗。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经的线路较长风电场从系统吸收无功所经的线路较长 ,又会增加一定的线路或又会增加一定的线路或变压器损耗。变压器损耗。2 风机并网需要解决的问题风机并网需要解决的问题本讲稿第十一页，共二十五页12n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3

10、5kV母母线上，箱式变压器数量众多，无功损耗大线上，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，升压变压器变压器升压送出，升压变压器无功损耗大无功损耗大n风电场处于负荷末端，与系统联系弱，长距离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一定的无功损耗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:2 风机并网需要解决的问题风机并网需要解决的问题本讲稿第十二页，共二十五页13n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。n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

11、。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:2 风机并网需要解决的问题风机并网需要解决的问题本讲稿第十三页，共二十五页14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2 风机并网需要解决的问题风机并网需要解决的问题本讲稿第十四页，共二十五页15风电场电压稳定问题n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。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。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存在电风电场退出运行时，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

12、，风电电源往往处于远离负荷中心的电网边压崩溃的危险。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，切机造成的瞬间无功富余无法缘，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。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电故障后，整个弱连接系统可能会因为过多的无功富余有过电压的危险。因此，压的危险。因此，有必要在风电场的接入点选择性地安装快速无功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补偿设备，以提供必要的无功和电压支撑。2 风机并网需要解决的问题风机并网需要

13、解决的问题本讲稿第十五页，共二十五页16n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力低电压穿越能力，当系统发生扰动的时候，要求风电场不仅能保证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行一定的无功支不切机，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中撑，参与到电压稳定的控制中。n这就要求风电场配备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:2 风机并网需要解决的问题风机并网需要解决的问题本讲稿第十六页

14、，共二十五页17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:2 风机并网需要解决的问题风机并网需要解决的问题本讲稿第十七页，共二十五页Slow VARS1st GenerationMechanicallySwitched DevicesThyristor SwitchedComponents2nd GenerationVSC Technology3rd GenerationFast VARS3 各种无功补偿技术各种无功补偿技术本讲稿第十八页，共二十五页19并联电容器组并联电容器组有载调压有载调压SVCSVGn 并联电容器n

15、分组投切n 真空/FS6开关 n 变压器多分接头形式n 分组切换 n 晶闸管控制电抗器n 线性调节 n IGBT/GTOn 线性调节n 无功电源应用于风电场的无功补偿应用于风电场的无功补偿本讲稿第十九页，共二十五页20并联电容器并联电容器并联电容器并联电容器FCFC或或或或MSCMSCn n提供超前的无功提供超前的无功提供超前的无功提供超前的无功n n补偿容量固定补偿容量固定补偿容量固定补偿容量固定机械开关不能反复投切机械开关不能反复投切第一代无功补偿技术第一代无功补偿技术本讲稿第二十页，共二十五页21有载调压无功调节装置有载调压无功调节装置有载调压无功调节装置有载调压无功调节装置 根据根据根

16、据根据Q=2fCUQ=2fCU2 2原理通原理通原理通原理通过改变电容器端电压来调过改变电容器端电压来调过改变电容器端电压来调过改变电容器端电压来调节无功输出节无功输出节无功输出节无功输出,电容器固定电容器固定电容器固定电容器固定接入不分组，而其输出容接入不分组，而其输出容接入不分组，而其输出容接入不分组，而其输出容量可从量可从量可从量可从（1001002525）%分分分分九级输出。九级输出。九级输出。九级输出。通过改变固定电容器两端电压调节电容出力。通过改变固定电容器两端电压调节电容出力。通过改变固定电容器两端电压调节电容出力。通过改变固定电容器两端电压调节电容出力。第一代补偿技术第一代补偿

17、技术本讲稿第二十一页，共二十五页22晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器TCRTCRn通常与固定电容器配合通常与固定电容器配合n电容器提供超前的无功电容器提供超前的无功nTCRTCR提供滞后的无功，大小连续可调提供滞后的无功，大小连续可调n总体上既可提供超前的无功，也可提总体上既可提供超前的无功，也可提供滞后的无功供滞后的无功n可连续动态调节。可连续动态调节。通过改变可控硅开放角调节等效基波电抗。通过改变可控硅开放角调节等效基波电抗。通过改变可控硅开放角调节等效基波电抗。通过改变可控硅开放角调节等效基波电抗。第二代补偿技术第二代补偿技术本讲稿第二十二页，共二十五页2

18、3静止无功发生器静止无功发生器静止无功发生器静止无功发生器SVGSVG原理：直接电流控制原理：直接电流控制原理：直接电流控制原理：直接电流控制，等效为一受控的电流源等效为一受控的电流源等效为一受控的电流源等效为一受控的电流源若若则则既可以发容性无功，又既可以发容性无功，又既可以发容性无功，又既可以发容性无功，又可以发感性无功。可以发感性无功。可以发感性无功。可以发感性无功。第三代补偿技术第三代补偿技术本讲稿第二十三页，共二十五页24分组投切电容器变压器分接头有载调压式SVC(TCR型)SVG动态/静态动态、台阶动态、台阶快速、连续快速、连续响应速度可以实现2秒可以实现2秒20年产品未成熟投资及维护成本投资较抵维护低投资较低维护高投资较高维护较低投资较高维护较低运行业绩广泛部分广泛少量常见无功补偿技术比较常见无功补偿技术比较本讲稿第二十四页，共二十五页25 本讲稿第二十五页，共二十五页