风电机组的选型

风电机组低电压穿越(LVRT)要求 示意图
1.2 1.1 1.0 0.9 电网故障
0.8
并网点电压(pu) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -1.00
要求风电机组不间断并网运行
风电机组可以从电网切除
0.00
0.625 1.00 时间(s)
2.00
3.00
4.00
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。
中国的风资源及风电发展
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。 2010年风电发展目标提前实现， 2020年目标会调整。
风电发展规划
•
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。
中国风资源分布图
•
1.1 中国风电情况介绍
潮流方向
ChangLing 174（9.35MW）
Nongan
223MW
ChangLing Hexin Xijiao ChangLing Wangzi （49.5MW）
234kV
38Mvar 电容器组
Jiiutai
500kV Substation 220kV Substation Thermal Power Wind Farm
ChaGan (30MW)
71km
0MW
Taonan Datong (49.5+49.3MW)
37km 19km Yuanqu Baicheng 35km Taonan
236kV
150km Dagangzi(99MW)
43km Songyuan Qianguo Dehui Nongan
244kV
Tongfa Longyuan (150MW)
107km Tongfa
电压明显升高，潮流大范围变化。
ChangLing 174（9.35MW）
0MW
ChangLing Hexin Xijiao ChangLing Wangzi （49.5MW）
Tongfa Huaneng (100MW)
251kV
38Mvar 电容器组
Jiiutai
500kV Substation 220kV Substation Thermal Power Wind Farm
高频分量 2000Hz<f<9000Hz
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
500kV Line 220kV Line 66kV Line 66kV Substation
Baicheng Power Grid Structure in 2008
风电机组故障信号
东汽 FD77-1.5MW ：
Transient grid error
Crowbar activate
Gamesa： Grid voltage error Stator breaker open
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
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
有功功率
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.ON Netz公司并网导则要求电
网电压恢复5s内达到额定输出功率
无功功率
各国并网导则中的低电压 穿越要求
德国E.ON Netz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。
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。

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 2)

大规模风电接入甘肃电网对电压的影响
至哈密 安西 酒泉
279
玉门风电1260MW
甘肃电网750规划网架结构
372
金昌
安西风电2100MW
194
风电机组切除原因
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
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。
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
4、风电接入电网的匹配

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。
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？
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 私企民营 中外合资企业 外资企业
28 19 21 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。
主要机组的类型
风电机组的主流及发展趋势
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
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
至 西宁
永登 至白银
2007年项目研究：3360MW风电接入甘肃电网情况
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:Low Voltage Ride Through 也有故障穿越(FRT)的提法 FRT:Fault Ride Through
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
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
电流谐波
间谐波
谐 波 50Hz<f<2000Hz
电流谐波
50Hz<f<2000Hz且为 基性耦合，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。
风电接入对电网电压影响 (案例 1)

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。
500kV Line 220kV Line 66kV Line 66kV Substation
Baicheng Power Grid Structure in 2008
故障后
Wulan
定速机组
TaoBei（49.3MW） Fuyu (30MW) ZhenLai 53km 110km Da’an Changshan 22km
ChaGan (30MW)
55MW
Taonan Datong (49.5+49.3MW)
53km 37km 19km Yuanqu Baicheng 35km
230kV 232kV
43km Songyuan Qianguo Dehui
Taonan Tongfa Longyuan (150MW) 107km Tongfa Tongfa Huaneng (100MW)
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
故障前
Wulan 71km
25MW
Fuyu (30MW)
TaoBei（49.3MW） Changshan ZhenLai 22km 110km 150km Dagangzi(99MW) Da’an