海上风电场电气系统优化设计与运行

Nacelle transformer
电源点 sources
等效停运率（不考虑风能） EFOR
等效停运率（考虑风能） EFOR
等效容量（MW） Equivalent capacity
年停运小时数（h） E
S1 0.089817447 0.564936835
24
4948.846679
Failure rate 0,99 - 1,55 1/y 0,015 1/y/km 0,015 1/y/km 0,0094 - 0,015 1/y/km
海上风电场电气系统优化设计 与运行
符杨 上海电力学院
内容
• 上海电力学院简介 • 海上风电发展概况 • 海上风电场集电系统优化设计 • 风电场并网运行分析
学校概况 |风电相关
• 教学
风力发电专业 学生：200人，专业教师：10人
• 研究
风力发电项目组 教授 : 3人，副教授: 5人 讲师 ：5人， 研究生: 若干
上海市科委青年科技启明星计划 (01QF14026)
上海市重点科技攻关项目 (06DZ12204)
上海市重点科技攻关项目 (052312003)
上海市电力公司重点科技项目 (H2005-57)
中国－欧盟能源合作项目 （EEP-PMU/CN/126077/RE002）
风电项目组 |项目
主要项目名称
风力发电并网系统暂态电压稳定非 线性控制策略研究
0,025 1/y 0,025 1/y 0,025 1/y 0,0667 1/y 0,0131 1/y
S2
S3
MTTR 220 - 1095 h/y 720-2160 h/y
240 h/y 720-2160 h/y
72 h/y 240 h/y 240 h/y 240 h/y 240 h/y
S4
0.095957272
0.143430818
0.092609862
0.567871644 26
0.590563786 24
0.566271597 26
4974.555603
5173.338762
4960.539192
• 集电系统拓扑形式影响海上风电场可靠性。 • 海上风电场可靠性主要受风能资源影响。
风电场并网运行特性
220kV系统短路容量：5151MVA ； 220/121/38.5kV主变压器容量： 180MVA ； 35kV侧负荷为50MVA； 110kV侧负荷68MVA ，功率因数 0.9； 风电场距离7km； 风电场变压器取110/10.5kV； 风力发电机功率因数为1 风电场容量：10*2MW
方案（a） 方案（b）
电缆总投资 （RMB）
99.0086 106
88.1926106
• 不同的连接方式的经济性不相同。
• 4个海上变电站 • 12~13台风机一
串
• 大型海上风电场手动优化较困难。
集电系统优化设计-可靠性
• 集电系统接线形式
拓扑形式 、电气设备故障率 、 修复率
• 风能特性
风机功率曲线 、 风速分布图
2008年度上海市浦江人才计划
上海市重点科技攻关项目 (071605123)
上海市教委科技创新计划重点项 目
（08ZZ92）
国外海上风电发展概况
• 欧洲海上风电发展迅速，成为新能源发展的重要风向。 • Offshore wind could be the next wave in U.S.
国外海上风电发展概况
风电开发建设管理暂行办法》 • 我国海上风电开发将进入快速发展时期
海上风电场特点
• 风电场容量大（10万kW级）——大容量并网 • 距离海岸远（10km），35kV及110kV（国内暂无220kV及以上海缆） • 输电网络基本采用电缆线路 • 例：
东海大桥海上风电场102MW 离岸距离：10-13km 全海底电缆线路（场内35kV） 110kV并网
• 海上风电场集电系统优化中还需考虑原有 及规划中天然气管道，通信电缆管道等。
Wind Turbine
Biblioteka Baidu
Internal Grid
Cables
Tower cable
Connector to shore
Platform breaker
MV breaker
Equipment
MW switch
LV contactor
东海大桥10万千瓦海上风电场建设 关键技术应用研究－接入系统与运
行维护关键技术研究
多运行方式下的风电混合电力系统 小干扰稳定分析及阻尼改善方法研
究
大规模太阳能与风力发电系统监控 及优化技术研究
风力发电并网运行性能及对电网影 响的研究
项目来源（编号）
国家自然科学基金项目 （50807035）
上海市重大科技攻关项目子课题 (08DZ1200604)
• 瑞典 Gotland Island 2.5MW • 西班牙Puerto de Bilbao 10MW • 丹麦Horn Rev160MW • 英国Beatrice 1000MW（规划中）
• 海上风电场容量可媲美传统火电机组。 • 海上风电场离岸距离越来越远。
国内海上风电发展概况
• 东海大桥100MW海上风电场(完成建设) • 江苏龙源如东150MW海上风电场（招标） • 江苏东台将建30万千瓦海上风电项目 • 2010年2月，国家能源局、国家海洋局联合下发了《海上
• 海上风电场集电系统优化设计 • 海上风电场并网运行 • 电缆线路
海上风电场集电系统优化设计
• 变电站的电气主接线 • 风电场集电系统 • 设备的选择与校验 • 经济性 • 可靠性
5km
大容量低压集电电缆
小 容 量 低 压 集
电 电 缆
5.5km
高压输电电缆
海
陆
上
上
变
变
电
电
站
站
集电系统优化设计-经济性
风电场并网运行特性
• 对于不同的系统条件，改变风力发电功率， 研究在该系统条件下，风电功率对系统电 压的影响，主要变化的系统条件有：
1)并网电压等级 2)母线负荷（包括负荷水平和功率因数） 3)系统等值阻抗 4)风电厂并网距离
1.并网电压等级不同时的影响
风电项目组 |完成项目
主要项目名称
MW级风力发电机组控制系统关 键技术研究
大型电力变压器状态监测与故障 诊断技术的研究
海上风电场风机、变电场电气关 键技术研究
节约型上海电网规划技术研究
风力发电机组的并网运行分析研 究
海上风电场可行性研究
项目来源（编号）
上海市重点科技攻关项目 (061612040)