风电机组的选型

风电机组选型华北电力大学一、选型应该考虑的主要问题1、风电场的地理位置2、风资源的评估3、风电机组微观选址4、风电接入电网匹配5、项目前期接入电网的规划1、风电场的地理位置处于电网的那条支线上是否为电力负荷中心安装运输是否方便？中国的风资源及风电发展中国风资源分布图风资源•东北地区，西北地区，华北地区及东南沿海风资源较丰富。风电发展规划•2010年风电发展目标提前实现，2020年目标会调整。电网情况•风资源丰富的“三北地区”电网相对薄弱，风电远离负荷中心。•沿海风电场受土地资源的限制。1.1中国风电情况介绍2007.07底的统计数据,中国境内风电机组总装厂商:87国有企业28私企民营19中外合资企业21外资企业9目前中国市场主流风电机组种类变速风电机组：双馈电机，桨距控制。永磁同步发电机，桨距控制。恒速风电机组：普通鼠笼式异步发电机失速控制。1.1中国风电情况介绍主要机组的类型不同机型对电网的影响当前：对风电及其接入电网的认知风电场可以控制风电机组-可控性风电场综合控制系统对电网稳定性影响降低风电机组必须可以在一定程度上实现有功、无功控制低电压穿越能力控制保证电网的规定要求电能质量：谐波可能存在问题，需要实际测试。风电机组的功率特性及动态响应。水平轴风电机组技术成为主流风力发电机组单机容量越来越增大变桨矩功率调节方式迅速发展变速恒频技术快速应用无齿轮箱系统的市场份额迅速扩大全功率变流型机组异军突起双馈型和永磁型机组将平分天下风电机组的主流及发展趋势2、风资源的分析根据风功率密度确定机组安装点根据高度和年平均风速选择机组的类型和型号各机组功率曲线各机组净发电对比机组上网电量值发电量对比Suzlon-1250次之，金风最低不同机型综合经济指标对比经连选经济指标的优越机组1.5兆瓦机型发电量高，在投资相同的基础上尽量选叶轮直径大的机组。3、风电机组微观选址机组的微观选址图基于DFIG的变速风电机组的故障后功率摇摆特性好于同步发电机。变速风电机组与电网存在柔性耦合，其暂态稳定性好于同步机组。风电接入对系统其他同步电源功角稳定的影响需结合实际电网进行研究。4、风电接入电网的匹配基于普通异步电机的恒速风电机组不具有无功调节能力；由于正常运行中或系统故障时风电机组的发电机及风电场各级升压变吸收大量无功功率导致稳定水平降低。基于双馈感应电机的变速风电机组具有无功调节能力，能够根据电网情况依靠电力电子变流器的控制发出或吸收无功，实现对电压的控制。风电接入对电网电压影响(案例1)大规模风电接入甘肃电网对电压的影响风电接入对电网电压影响(案例2)至白银永登安西至西宁酒泉金昌至哈密279372194玉门风电1260MW安西风电2100MW2007年项目研究：3360MW风电接入甘肃电网情况甘肃电网750规划网架结构3.2电网与风电运行的稳定问题风电机组的低电压穿越能力是目前风电接入稳定问题中需迫切解决的问题什么是风电机组的低电压穿越(LVRT)能力？电网故障引起电压跌落，在电网发生故障时及故障后，风电机组保持不间断并网运行的能力通常称为低电压穿越能力。LVRT:LowVoltageRideThrough也有故障穿越(FRT)的提法FRT:FaultRideThrough风电机组低电压穿越(LVRT)要求示意图当并网点电压在图中电压轮廓线以上时，风电机组必须保证不间断并网运行；当并网点电压在图中电压轮廓线以下时，风电机组允许从电网切出。0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2-1.000.001.002.003.004.00时间(s)并网点电压(pu)电网故障要求风电机组不间断并网运行风电机组可以从电网切除0.625各国并网导则中低电压穿越的要求各国并网导则中的低电压穿越要求英国并网导则要求在电网电压恢复0.5s内有功功率恢复至额定输出功率的90%；德国E.ONNetz公司并网导则要求电网电压恢复5s内达到额定输出功率（每秒20%的额定有功功率）。有功功率各国并网导则中的低电压穿越要求德国E.ONNetz公司并网导则要求电网故障发生20ms内，对每1%的电压跌落对应提供2%的额定无功电流。需要时应能提供100%额定电流的无功功率；西班牙并网导则要求电网跌落100ms内风电场停止从电网吸收无功且在电网恢复150ms内向电网注入无功功率；英国和爱尔兰并网导则中要求电网故障期间风电场提供最大的无功电流。无功功率吉林电网大范围风电机组切机情况介绍时间:2008.04.09早晨天气情况:刮风，下小雨。故障位置:白城至开发变66kV线路(19km)，距离白城变2.4km。故障类型:2相短路(B-C)发生时间05:07:54保护动作情况:线路距离保护与过流保护动作80ms后三相切除05:07:55重合成功80-110ms后洮南大通风电场内所有机组跳闸120-150ms后富裕风电场所有风机跳闸同发龙源、华能场内所有风电机组跳闸HexinNonganDehuiXijiaoChangshanQianguoSongyuanBaichengZhenLaiTaonanTongfaLongyuan(150MW)TaoBei（49.3MW）Dagangzi(99MW)ChangLingChangLingWangzi（49.5MW）ChangLing174（9.35MW）Jiiutai500kVSubstation220kVSubstationThermalPowerWindFarm500kVLine220kVLine66kVLineTongfaHuaneng(100MW)66kVSubstationYuanquTongfa35km107km19km37kmTaonanDatong(49.5+49.3MW)Fuyu(30MW)53kmChaGan(30MW)Wulan71kmDa’an150km110km22km43kmBaichengPowerGridStructurein2008223MW232kV234kV38Mvar电容器组55MW230kV潮流方向25MW故障前HexinNonganDehuiXijiaoChangshanQianguoSongyuanBaichengZhenLaiTaonanTongfaLongyuan(150MW)TaoBei（49.3MW）Dagangzi(99MW)ChangLingChangLingWangzi（49.5MW）ChangLing174（9.35MW）Jiiutai500kVSubstation220kVSubstationThermalPowerWindFarm500kVLine220kVLine66kVLineTongfaHuaneng(100MW)66kVSubstationYuanquTongfa35km107km19km37kmTaonanDatong(49.5+49.3MW)Fuyu(30MW)53kmChaGan(30MW)Wulan71kmDa’an150km110km22km43kmBaichengPowerGridStructurein2008故障后0MW244kV251kV38Mvar电容器组0MW236kV定速机组电压明显升高，潮流大范围变化。风电机组故障信号东汽FD77-1.5MW：TransientgriderrorCrowbaractivateGamesa：GridvoltageerrorStatorbreakeropen变速风电机组由于变频器对电网故障过于敏感，电网轻微故障会引起机组切除。风电机组保护都是0s启动。风电机组没有低电压穿越功能，当风电装机更大时，电网频率会有问题。系统需要更为灵活的电压控制方法，风电机组需要低电压穿越能力。风电机组切除原因类似的情况，在西北地区的甘肃玉门风电场、甘肃安西中广核大梁子风电场、宁夏贺兰山风电场都发生过。电网扰动，不是非常严重带有变频器的风电机组切机恒速风电机组稳定运行4.3电能质量问题电流谐波谐波50Hzf2000Hz间谐波50Hzf2000Hz且为基波频率(50Hz)的非整数倍高频分量2000Hzf9000Hz电流谐波风速波动、湍流和塔影效应会引起风电机组电压波动及闪变问题变速风电机组的电力电子设备会向电网注入谐波4.4电力系统调度与调峰问题风电的输出功率是波动的分钟——小时——天——月——年；风场的平均出力可能是100MW，但是实际变动范围则是0～400MW。多个分散式的风电场大范围的地理分布能够平滑功率的波动2~40小时的风电功率可以进行预测用于安排电网发电计划及网间交换功率预测有误差小时范围内的风功率波动需要系统平衡5、前期接入电网的规划5.1接入电网的方式风电场电气接线风电场电气升压变电站主接线两方案的预算对比