全球风电产业集群发展趋势

全球风电产业集群发展趋势

1风力发电机运行特性近年来，中国的风力工业取得了很大进步。随着风力技术的成熟，越来越多的风发电装置已从过去独立于个人用途的小型风速装置转变为多机齐网运营的大型风速装置。然而,风能的随机性和不可控性决定了风电机组的出力具有波动性和间歇性的特点;且风机大多为异步发电机,其运行特性与同步机有着本质的区别。因此,大风电接入系统和远距离输送,往往存在无功平衡、电压稳定、输电通道允许的送电容量等技术问题,有时也会制约风电发展。2风电场无功补偿设备配置风电场电气系统主要是由风力发电机组、箱式变电站、集电线路和主变压器组成。由于发电机组、箱式变电站、集电线路和主变压器都属于高感性设备,因此无功补偿设备是风电场建设中不可缺少的组成部分。根据风电场工作特性,风电场的无功补偿设备主要有三方面作用:(1)补偿无功,提高功率因数,风电场有大量的感性设备存在,正常工作时,需要大量容性无功来补偿功率因数;(2)调节系统电压:由于风速是随机的、不可控的,而风力发电机输出功率是随风速变化而变化,因此发电机输出电压也是波动的,采用无功补偿装置调压是目前风电场调压主要手段;(3)节能降耗(变压器、线路损耗等):一般风电厂集电线路无功损耗3%~6%,变压器无功损耗10%~15%,总体无功需求在20%左右。目前风电场发电机组类型主要有三种,分别为:失速型异步风机组、双馈异步风机组和直驱同步风机组,而这三种发电机组工作原理、性能结构特点都存在差异,因此应区别对待。失速型异步风机:风能利用效率低;结构简单、成本低;功率可控性差,任何时候均吸收无功,功率因数较低,所需补偿容量较大,工作过程几乎无不产生谐波。双馈异步风机:风机成本及维护费用高;风机可以进行一定容量的无功功率控制和有功功率控制,功率因数可以做到0.98~-0.98可调,电气相对复杂,工作过程中会产生大量谐波,尤其在风速不稳定时,谐波发生量也会加大。直驱同步风机:风能利用率高;风机成本高;实现全功率范围柔性控制,可控能力强,工作过程中会产生大量谐波。由于双馈异步风机具有很高的性价比,尤其适合变速恒频风力发展系统,因此该机型目前风电场主流风机,针对该机型目前无功补偿装置容量为发电机组额定功率20%左右为宜。风电场无功需求为:无风时,整个风电基地送出系统轻载,输电线路充电功率远远大于系统需要,送出系统呈容性,需要安装一定数量的感性无功补偿容量。风电大发时,整个风电场送出系统重载,系统需要大量的容性无功补偿容量来补偿风电场变压器和送出重载线路的无功需求,支撑系统电压。双馈式风电机组通过调整本身调节系统的运行状态具备一定的无功调节能力,这种调节能力在上述两种情况下可以作为风电场的无功补偿容量来看待,但是在大量风电场集中切入电网时,风电机组本身的这种调节特性无法支撑风电机组建立磁场,是不能作为风电场无功补偿容量来对待的。因此风电场接入系统的无功补偿配置与风电机组选型、风电场容量、接入系统电压等级、接入系统线路长度、机组选型、风电场容量、接入系统电压等级、接入系统线路长度、风电场接入系统变电所的短路容量水平等密切相关。对于容量较小的风电场,在风电场接入系统的线路较短,且系统短路电流水平较高时,可以不配置容性无功补偿设备;反之必配。3种常用投切开关性能对比目前风电场常用无功补偿方式有:(1)电力电容器等容分组自动补偿;(2)STATCOM动态无功补偿;(3)SVC静态无功补偿;(4)调压调容无功补偿。第一种方法实现简便,成本低,易维护,但对发电场电压不能很好跟随,电容器分组要合适,投切开关性能要求高,所以实际使用较少。第二种方法,动态响应速度快,补偿精确,可以实现实时响应;输出电流谐波含量小,不需外加滤波器,避免系统谐振;且STATCOM无功电流与节点电压大小无关,低压特性好,是目前惟一具有低电压穿越功能的补偿方式。第三种方法在理论计算和实际的应用中较为理想,补偿效果好,反应快速。但缺点是输出谐波大、基波损耗高、占地面积广,基本不被采用。第四种方法目前采用较多,分档投切级数多,目前普遍采用9级,调压范围为60%~100%,功率因数调整在0.95~0.98之间,并且为在线式,投切档位调整时无投切浪涌冲击;性价比较高,目前在风力发电场中被广泛使用。由图1可看出,STATCOM独立于电压,可认为是一电流源,其无功电流与节点电压大小无关,相比较SVC,低压特性非常优越。4无功补偿设备为实现风电场无功补偿的合理配置,做到与风电场接入电网的结构和特性相适应、相协调,一般应结合每个风电场接入系统实际情况,计算分析论证来确定。(1)为风电场可靠运行,除风电场升压变采用有载调压变压器外,要通过配置相应无功补偿设备使风电场升压变高压侧电压控制在规定范围之间,无功补偿设备一般应为动态调节型,其响应速度、调节步长应能满足风电随机性及风电场最大功率变化率的要求。(2)风电场的无功补偿应采用电压及辅以功率因数自动控制的动态无功补偿装置,响应速度一般满足秒级即可,不必强调用SVC,对于容量较大的风电场不宜采用分组投切电容器。(3)风电场正常运行的风电机组突然全部退出时,应将风电场的容性无功补偿设备同时退出,防止风电场及风电场接入电网变电所的电压升高超过规定值。(4)风电场分期建成时,当无功补偿设备一次建成时,其最小补偿容量应满足风电场建设初期的要求。对风电场既有感性又有容性无功补偿时,自动控制策略须防止谐振。5风电场无功补偿设备的改进本文通过目前风电场常用几种无功补偿方式的技术比较,指出其各自优缺点。根据国家电网公司文件《风电场接入电网技术规定》中:“风电场无功补偿设备能够实现动态的连续调节以控制并网点电压”,以及低电压穿越要求,显而易