风电场低电压穿越技术培训ppt课件

1、风力发电系统低电压运转技术风力发电系统低电压运转技术 主讲人：高阳 单 位：沈阳工程学院中国风能实际蕴藏量约为中国风能实际蕴藏量约为3226 GW3226 GW，可开发利用的风电装机容量约为，可开发利用的风电装机容量约为2530GW2530GW，居，居于世界首位。于世界首位。 中国中国10m10m高度以内可开发和利用的风能储蓄量估算约为高度以内可开发和利用的风能储蓄量估算约为100GW100GW，其中海上的风，其中海上的风能储蓄量约为能储蓄量约为75GW75GW，陆地的风能储蓄量约为，陆地的风能储蓄量约为25GW25GW。 目前中国在风电开展方面继续领先，在目前中国在风电开展方面继续领先，在2

2、0212021年曾经成为世界上新增年曾经成为世界上新增风电装机的最大市场，总装机容量从风电装机的最大市场，总装机容量从20212021年的年的12101210万千瓦增长到万千瓦增长到20212021年的年的25102510万千瓦，新增容量万千瓦，新增容量13001300万千瓦。万千瓦。20212021年酒泉风电基地装机将达年酒泉风电基地装机将达516516万千瓦，万千瓦，20212021年将到达年将到达1,2711,271万千万千瓦，酒泉风电场将成为名副其实的瓦，酒泉风电场将成为名副其实的“陆上三峡。陆上三峡。风电开展现状风电开展现状自自1986年建立山东荣成第一个示范风电场至今，风电场装机规

3、模年建立山东荣成第一个示范风电场至今，风电场装机规模不断扩展。世界风能理事会不断扩展。世界风能理事会GWEC日前宣布全球风力发电日前宣布全球风力发电2021年新增年新增31%，共添加，共添加3750万千瓦新装机容量。其中，中国万千瓦新装机容量。其中，中国新增装机占到全球的新增装机占到全球的1/3，中国风电延续第五年增长幅度再次超，中国风电延续第五年增长幅度再次超越越100%。风电开展现状风电开展现状风电开展现状风电开展现状风电场构造风电场构造 风电场的组成部分 风电机群 集电部分 升压变电站 升压变压器 无功补偿安装电容器、电抗器、 静止无功补偿安装、滤波器风机构造风机构造风电机组是把风能转化

4、为电能的安装，它通常由风轮含叶片、轮毂等、传动系统主轴、主轴承、齿轮箱和衔接轴、机械刹车、偏航系统、电气系统发电机、控制系统、电容补偿柜和变压器和机舱等组成。根本任务原理：首先经过风轮把风能转换为机械能，进而借助于发电机再把机械能转化为电能。风力机组并网4321风力机组脱网假设电机出力继续低于脱网设定值，风力机组将退出电网，处于待机形状。断开发电机接触器，切除补偿电容，断开旁路接触器，同时执行正常刹车过程，使风力机处于停顿形状，等风速满足条件后再次执行并网过程。这一过程是在风速较低时进展的，电机出力为负功率时，吸收电网有功，风力几乎不做功。为防止风力机在低风速下频繁启动和停顿，统计可控硅在1小

5、时内的投入次数，假设投入次数大于4次，那么停顿并网，报缺点，等待风的形状平稳后由手动复位使风力机组正常运转假设电机出力继续高于额定功率10%，将执行正常停机。当出力继续高于额定功率20%，将执行平安停机，等待风速降低后重新启动电机运转。风力机组切出风速 从构造力学的角度衡量，由于风速过高将导致叶片受的剪切力矩超出耐受额度，或机舱及其它设备因风速过高而导致的谐振、剪切力矩过大而呵斥不用要的损失，因此在风速超出允许值时，风力机组应有相应反响。在风速超出额定值时电机转速不会上升很大。但当电网频率上升时，电机同步转速上升，要维持电机出力根本不变，只需在原有转速的根底上进一步上升。假设转速超出同步转速5

6、%，除了顺桨还应使风力机组侧风90，以使风力机组转速迅速下降。当然，只需转速没有超出允许限额，只须执行正常刹车，在平安的同时维护刹车闸块。风机分类风机分类根据桨叶控制分类根据桨叶控制分类 ： 定桨定桨 、变桨、变桨 、自动失速、自动失速 根据发电机技术根据发电机技术 ： 普通感应电机普通感应电机 、 双馈电机双馈电机 同步电机永磁或电励磁同步电机永磁或电励磁根据传动系统根据传动系统 ： 有齿轮箱有齿轮箱( (半直驱、直驱半直驱、直驱恒速恒频风电机组普通异步发电机恒速恒频风电机组普通异步发电机 该类型风电机组通常只能在很小的转差变化范围内运转，不能充分有效地利用风能。发电机为鼠笼式感应电机，运转

7、时需求从系统中吸收无功功率，可在机端装设并联电容器组提供风电机组所需的无功功率。风风力机齿轮箱LSHS感应发电机电网电容器绕线式转子感应电机作为发电机，转子与定子侧经过变流器联络。可以绕线式转子感应电机作为发电机，转子与定子侧经过变流器联络。可以在较大的范围内实现变速运转，风能利用效率高；在较大的范围内实现变速运转，风能利用效率高；采用矢量控制技术后可以实现有功功率与无功功率的解耦控制。采用矢量控制技术后可以实现有功功率与无功功率的解耦控制。变速恒频风电机组双馈感应电机变速恒频风电机组双馈感应电机风风力机齿轮箱LSHS双馈感应发电机电网AC/DCDC/AC发电机为多极永磁同步电机，经过容量与电

8、机容量发电机为多极永磁同步电机，经过容量与电机容量相当的背靠背式变流器与系统相连。相当的背靠背式变流器与系统相连。变速恒频风电机组永磁同步直驱电机变速恒频风电机组永磁同步直驱电机风风力机LS电网AC/DCDC/AC多极永磁发电机NNNNSSSS风电接入对电网影响风电接入对电网影响 存在问题 风电场的场址多在电网末端，需求新建输电线路和变电站等设备，接入系统规划和投资建立往往落后于风电工程的实施。 风电的随机性给电网的稳定运转带来影响，需求电网企业提供附加效力，添加本钱，存在接纳大容量风电的技术条件。风电接入对电网影响风电接入对电网影响有功功率有功功率电网缺点或特殊运转方式要求降低风电场有功功率

9、，以防止输电电网缺点或特殊运转方式要求降低风电场有功功率，以防止输电线路发生过载，确保电力系统稳定性；线路发生过载，确保电力系统稳定性；当电力系统调频才干缺乏时，需求限制风电场的功率变化率当电力系统调频才干缺乏时，需求限制风电场的功率变化率 (MW/min)(MW/min)；当电网频率过高时，假设常规调频电厂容量缺乏，那么需求降低当电网频率过高时，假设常规调频电厂容量缺乏，那么需求降低风电场有功功率。风电场有功功率。系统调峰问题严重！系统调峰问题严重！风电接入对电网影响风电接入对电网影响无功容量无功容量 风电场无功功率的调理范围和呼应速度，需求根据风力发电机组运转风电场无功功率的调理范围和呼应

10、速度，需求根据风力发电机组运转特性、电网构造和特点决议，应满足风电场并网点电压调理的要求。特性、电网构造和特点决议，应满足风电场并网点电压调理的要求。 无功电源无功电源风电场无功补偿安装可采用分组投切的电容器或电抗器，必要时采用风电场无功补偿安装可采用分组投切的电容器或电抗器，必要时采用可以延续调理的静止无功补偿器或其他先进的无功补偿安装。运转电可以延续调理的静止无功补偿器或其他先进的无功补偿安装。运转电压压当并网点电压在额定电压的当并网点电压在额定电压的90%110%90%110%范围内，风电场应能正常运转。范围内，风电场应能正常运转。电压偏向电压偏向当风电场的并网电压为当风电场的并网电压为

11、110kV110kV及其以下时，风电场并网点电压的及其以下时，风电场并网点电压的正、负偏向的绝对值之和不超越额定电压的正、负偏向的绝对值之和不超越额定电压的10%10%。当风电场的并网电压为当风电场的并网电压为220kV220kV及其以上时，正常运转时风电场并及其以上时，正常运转时风电场并网点电压的允许偏向为额定电压的网点电压的允许偏向为额定电压的-3-3+7%+7%风电场本身无功补偿容量缺乏或补偿速度不满足要求，那么能够导致风电场本身无功补偿容量缺乏或补偿速度不满足要求，那么能够导致系统电压严重下降系统电压严重下降 ！低电压穿越的概念低电压穿越的概念 当电网缺点或扰动引起风电场并网点的电压跌

12、落时，在一定电压跌落的范围内，风电机组可以不延续并网运转。 LVRT：Low Voltage Ride Through 也有缺点穿越的提法。FRT：Fault Ride Through低电压穿越的概念低电压穿越的概念 由于风电机组普通采用异步发电机技术，电网发 生缺点时机端电压难以建立，假设风电机组继续挂网运转，将会影响到电网电压无法恢复，因此，电网发生缺点出现电压跌落时，普通都是采取切除风电机组的方法来处置。 高风速期间，由于输电网缺点引起的大量风电切除会导致系统潮流的大幅变化甚至能够引起大面积的停电，而带来频率的稳定问题。低电压穿越的概念低电压穿越的概念 系统中某节点电压跌落的严重程度与

13、此节点间隔缺点点的电气间隔远近 此节点固有的无功电压支撑才干 亲密相关电网发生电压跌落对风电机组的影响电网发生电压跌落对风电机组的影响国内机组低电压运转才干现状国内机组低电压运转才干现状 变速风电机组的LVRT功能，受制于电力电子器件本身的过流才干。 普通而言，IGBT的过流才干只是额定电流的两倍。 现有国产风电机组配备有被动Crow-bar，无法实现LVRT。低电压穿越原理低电压穿越原理低电压穿越原理低电压穿越原理 电网侧变流器的主要功能是控制电容电压恒定，为转子侧变流器提供电源支持。 转子侧变流器为转子绕组提供幅值、相位和频率可变的励磁电流，从而对机组输出的有功和无功进展独立控制 在电网电

14、压跌落情况下，风电机组中的双馈感应发电时机导致转子侧过流，同时转子侧电流的迅速添加会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁变流器的电流以及有功和无功都会产生振荡。这是由于双馈感应发电机在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，从而会产生直流分量，由于积分量的减小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，这样便会引起转子绕组的过压、过流。转子变流器退出运转，转速加大到一定限值，机组退出运转。 假设电网出现的是不对称缺点的话，会使转子过压与过流的景象更加严重，由于在定子电压中含有负序分量，而负序分量可以产生很高的滑差。过流会损坏转子励磁变流器，而过压会使发

15、电机的转子绕组绝缘击穿。 低电压穿越原理低电压穿越原理低电压穿越原理低电压穿越原理 控制过程： 1、直流母线电压过限，CROWBAR投入，旁路转子侧变流器，电网侧变流器与电网相连。 2、风机控制系统的桨距角控制系统作用，减少风机捕获风能，重新建立机组端电压。 3、缺点去除后，机组端电压恢复，转子侧变流器恢复正常运转。美国低电压穿越规范美国低电压穿越规范1. 风电场必需具有在电压跌至风电场必需具有在电压跌至15%额定电压时可以维持额定电压时可以维持并网运转并网运转625ms的低电压穿越才干；的低电压穿越才干；2. 风电场电压在发生跌落后风电场电压在发生跌落后3s内可以恢复到额定电压的内可以恢复到

16、额定电压的90时，风电场必需坚持并网运转任何时间，只需时，风电场必需坚持并网运转任何时间，只需电压值不低于图中的电压曲线。电压值不低于图中的电压曲线。低电压穿越规范低电压穿越规范 德国要求电网电压跌落到15%时继续300ms。 澳大利亚要求电网电压跌落到0%时继续175ms。 丹麦要求电网电压跌落到25%时继续100ms。 我国目前还没有详细的规范。处理方案处理方案转子侧维护电路转子侧维护电路 (1)混合桥型crowbar电路，如下图，每个桥臂由控制器件GTO晶闸管和二极管串联而成。 转子侧维护电路转子侧维护电路 IGBT型crowbar电路，如下图，每个桥臂由两个二极管串联，直流侧串入一个I

17、GBT器件和一个吸收电阻 转子侧维护电路转子侧维护电路带有旁路电阻的crowbar电路，如下图，出现电网电压跌落时，经过功率开关器件将旁路电阻衔接到转子回路中，这就为电网缺点期间所产生的大电流提供了一个旁路，从而到达限制大电流，维护励磁变流器的作用.励磁变流器在电网缺点期间，与电网和转子绕组不断坚持衔接，因此在缺点期间和缺点切除期间，双馈感应发电机都能与电网一同同步运转。当电网缺点消除时，关断功率开关，便可将旁路电阻切除，双馈感应发电机转入正常运转 定子侧维护电路定子侧维护电路变流器经过发电机定子端的串联变压器添加交流开关变流器经过发电机定子端的串联变压器添加交流开关实现与电网串联衔接，转子侧

18、变流器选用电流等级较实现与电网串联衔接，转子侧变流器选用电流等级较高的大功率高的大功率IGBT，缺点时定子侧产生较大的暂态电流，缺点时定子侧产生较大的暂态电流，此时经过控制晶闸管触发延迟角对此电流进展限制。此时经过控制晶闸管触发延迟角对此电流进展限制。 将变流器与电网进展串联衔接，那么双馈感应发电机定子将变流器与电网进展串联衔接，那么双馈感应发电机定子端的电压为网侧电压和变流器输出的电压之和。这样便可端的电压为网侧电压和变流器输出的电压之和。这样便可以经过控制变流器的电压来控制定子磁链，有效的抑制由以经过控制变流器的电压来控制定子磁链，有效的抑制由于电网电压跌落所呵斥的磁链振荡，从而阻止转子侧大电于电网电压跌落所呵斥的磁链振荡，从而阻止转子侧大电流的产生，减小系统受电网扰动的影响，到达强化电网的流的产生，减小系统受电网扰动的影响，到达强化电网的目的。但这种方式将添加系统许多本钱，控制也比较复杂。目的