风电场无功特性

输电线路要由系统供给无功。
2.4 风电场的电压特性 有功出力变化对电压的影响
在风电机组输出端及集电系统中，线路的电阻参数较
大，而且有功功率明显大于无功功率，因而有功功率对 线路电压降的影响比较明显。 风电机组有功功率的变化，更会引起集电系统中的电压 变动。
某些大型风电机组的启动和退出、发电机组输出功率骤
2.1 风电场的有功出力
风电场的集群功率输出 风电机组的有功出力，由风力机的输出功率、传动机构的机械效率、 发电机的能量转换效率等共同决定。
Pm 1 C P Av 3 2
1、对风力机输出功率影响最大的就 是风速和风能利用系数。 2、除了风速以外，造成风电机组输 出功率波动的原因还有：塔影效应、 偏航误差和风剪切等因素的影响。 风电机组连续运行时，在叶轮旋转 一周的过程中产生的转矩不稳定、 转矩波动将造成风电机组输出功率 的波动。
风能密度是指单位面积上流过的风能。
1 3 v 2 风速是影响风能密度进而影响风电场出力的关键因素之一 W
2.1 风电场的有功出力
风速 离地高度不同，风速也不一样。一般在几千米高度范围以内，随着高 度的增加，风速会逐渐增大，大致可以用下式来表示：
h v h0
n
地面上风速较低是由地表植物、建筑物及其他障碍物的摩擦所造成的。
k v P (v ) c c
k 1
e
v c
k
对于风能的利用来说，要求平均风速高，同时又希望风速变幅越小越
好，以保证风力机平稳运行，便于控制使用。
2.1 风电场的有功出力
风电机组的输出功率波动 风电机组的有功出力，由风力机的输出功率、传动机构的机械效率、 发电机的能量转换效率等共同决定。
例如，一个地区的风电总装机容量为1 000MW，单个风电场容量为 10~ 20MW，风电场群分布在很广的地理区域内，其风电功率变化率最小
可以达到每分钟6. 6MW；装机为200MW的单个风电场的功率变化率约为
每分钟20MW或者更多。 地理分布产生的平滑效应在很大程度上取决于当地的候条件和地理区 域的大小。
2.2 风电场的无功功率
特点：随着风电机组有功出力的增加，发电机组从电网吸收的无功功率也随
之增加。
2.2 风电场的无功功率
双馈感应式的变速恒频风电机组
2.2 风电场的无功功率
直驱式永磁同步风力发电机组
特点：由于采用永磁体励磁，发电机不必从电网或发电机侧变流器得到
无功功率；中间直流环节的存在，发电机与电力系统没有无功能量交换；
无功补偿技术
第二章
风电的有功、无功和电压特性
2.1 风电场的有功出力
风速的变化和分布 风能 对于风电场而言，风资源的情况可以用风速大小、风能密度、有效 风速的作用时间等来衡量，而这些都与风速有关。 风中流动的空气所具有的能量（动能），称为风能。 风能可以按下式计算：
1 E Sv 3 2
压到 110kV以上接入电网
2.2 风电场的无功功率 特点： 1 、当负荷阻抗等于特 性阻抗时，输电线路 的容性无功和线路本
身吸收的感性无功正
2、当负荷功率小于自然功率时， 则感性无功小于容性无功，输 电线路要输出容性无功；反之， 好相互抵消，输电线 路既不向系统或负荷 输出无功功率，也不 吸收电源无功功率。
根据风能变化，通过变速恒频控制优化系统输出功率；网侧变流器可以 改善功率因数，并在一定范围调节输出电压。
2.2 风电场的无功功率
变压器吸收的无功功率
在规模较大的风电场中，风电机组产生的电能，
至少要经过两级升压，才送入电网。
箱式变压器：690V电压升到10kV或35kV
升压站的主变压器：10kV或35kV母线的电能升
2.2 风电场的无功功率 无功功率是电路中用来在电气设备中建立和维持磁场与电 场的电功率。凡是具有电磁线圈的电气设备，要建立磁场， 就必须从电网吸收无功功率。 风电机组的无功功率
鼠笼式感应发电机的恒速风电机组
双馈感应式的变速恒频风电机组 直驱式永磁同步风力发电机组
2.2 风电场的无功功率
2.1 风电场的有功出力
风电场 风电场的有功出力是风电场中所有风电机组的有功出力之和（扣除
风电场自用电）。
风电场的有功出力特性，除了与风电机组的有功出力特性有关，还 受到风电机组集群效应的影数的增加可以减小风速的湍流峰值对系统的影响。在理想情况下，具有n 台风电机组的风电场，有功功率输出变化的百分数会下降到n-1/2，由此可
风速不仅是高度的函数，也是时间的函数。
上图所示的风速波动频谱图反映了不同类型风速变化的时间范围。
风湍流峰值( Turbulent peak)主要是由1~ 60s变化的阵风引起。 breeze))。 风速的日峰值(Diumal peak)取决于每天的风速变化(例如，由陆地和海上的温 差造成的陆海风( land-sea 时还有季节周期的变化。 气象峰值( Synoptic peak)取决于气候模式的变化，每天及每周都会变化，同
Pm 1 C P Av 3 2
1、对风力机输出功率影响最大的就 是风速和风能利用系数。 2、除了风速以外，造成风电机组输 出功率波动的原因还有：塔影效应、 偏航误差和风剪切等因素的影响。 风电机组连续运行时，在叶轮旋转 一周的过程中产生的转矩不稳定、 转矩波动将造成风电机组输出功率 的波动。
然变化时，会在风电场接入电网的位置、风电场内部造
成一定程度的电压波动与闪变。
2.4 风电场的电压特性 无功功率对电压的影响 在风电场的升压站中，全部发电功率都要经过变压器的 变换和传递，再经高压输电线路送入电网。变压器的电 抗参数远远大于电阻参数。而且由于电压等级较高，风 电场向电网送出电能的输电线路，其电抗参数也是明显 大于电阻参数，甚至电阻参数可以忽略。 风电场升压站向电网送出功率时，无功功率对电压的影 响超过有功功率，居于主导地位。 风电场对电网电压／无功的影响已成为限制风电装机容 量的主要障碍之一。
见，风电场内的风电机组数目不需要太大即可达到非常好的功率平滑的
效果。
2.1 风电场的有功出力
2.1 风电场的有功出力 风电场群
多个风电场分布在更大的地理范围内，会大大减小风速的日峰值和
气象峰值对风电输出功率变化的影响。 对于地理范围分布较大的风电场群而言，其最大的总输出功率上升
和下降变化率比一个单独风电场要小得多。
2.1 风电场的有功出力
风电场有功功率的统计规律 日变化
2.1 风电场的有功出力
风电场有功功率的统计规律 年变化
2.1 风电场的有功出力
风电场有功功率的统计规律 10min变化
风电场的有功功率还具有短期随机性，该风电场有功功率10min变化介 于其装机容量±30%之间的概率超过96%；在其装机容量±50%之间的概率 接近100%。
2.1 风电场的有功出力
从电力系统运行的角度来看，湍流峰值可能会影响风电所供应电能 的电能质量。 对电能质量的影响很大程庋上取决于风电机组采用的技术。 例如：变速风电机组通过将能量暂时存储在风电机组的旋转轴系中可 以消除短期的功率波动。这意味着功率输出比与系统刚性连接的机组更 平滑。 然而，风速的日峰值和气象峰值可能会影响电力系统的长期有功功率 平衡，解决的办法之一是引入风功率预测。
2.1 风电场的有功出力
风速时大时小，风力时强时弱，但风速在不断变化中又有其重复性。 人们把各种速度的风出现的频繁程度称为“风速频率”。 风速的频率：在一定时间内，相同风速出现的时数占其总时数的百分比。 Weibull概率分布函数可以很好地描述风速的分布。对于任意的0<v<∞， 概率分布函数P(v)与风速口之间的关系由k和c两个参数决定：
鼠笼式感应发电机的恒速风电机组
特点：异步发电机需要从电网吸收滞后性的无功功率。
主要用于励磁，定子和转子漏磁所消耗的无功功率。
一般中、大型感应发电机的励磁电流约为额定电流的 20%～ 50%，因而 励磁所需的无功功率就达到发电机容量的 20%~50%，再加上第二项，感
应发电机总共需要的无功功率应大于发电机容量的20%~50%。
h0 般取为10m，修正指数n与地面的平整程度、大气的稳定度等因素 有关，其数值范围一般在1/8—1/2。中国气象部门在全国各地测出的
各种高度下的凡的平均值为0.16~0.20，一般可用此值估算各种高度下
的风速。
2.1 风电场的有功出力
大城 市
城市及多 树农村
平原、 沿海
2.1 风电场的有功出力