汇集站和集群中心站分级协调的风场群接入系统优化规划

风电消纳难题的根源在于风电与电网规划的不协调,单个风电场的接入系统各自依据其边界条件设计,叠加得到风电场集群的区域接入电网往往难以达到最优效果,甚至是不可行方案。该文提出风电场集群的接入系统协调规划模型,以经济性最优为目标,对接入系统进行汇集站及集群中心站两级综合协调优化。模型考虑风电送出受阻电量的损失、风电送出电量的效益、风电场集群内部升压变电站选址、各个风电场接入线路容量以及风电场集群分组等因素,并利用遗传算法对上述综合协调模型双层分解后进行优化求解,最后通过算例验证了模型和方法的有效性。     

大型海上风电场并网接入方案研究

目前,我国海上风电正处于建设初期,随着国家海上风电政策逐步明朗化,我国海上风电将迎来大发展时期.在综合考虑并分析了影响海上风电并网的相关因素:装机规模、送电距离、并网方式、海底电缆输电能力、电网网架、风电无功配置等,经技术经济比较后,提出了4个典型的海上风电场并网接入方案.并网方案的提出可为当前在建和规划建设的我国海上风电场的并网设计方案提供一整套解决方案,规范系统方案,明确风电送出方案的设计原则与思路,可以有效提高设计水平和效率,保障电源电网安全稳定运行,实现风电与电网的协调发展.     

面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案

海上风电具有广阔的发展前景,而可靠、高效的大规模远海风电并网系统是开发海上风电的关键技术.针对远海风电直流送出系统的海上平台轻型化问题,提出一种跟网型中频远海风电场直流送出方案.该方案采用跟网型风电机组,直流系统的整流侧和逆变侧都采用模块化多电平换流器(MMC).首先,从拓扑结构和控制系统2个方面对该跟网型中频方案进行了描述;接着,就海上风电场交流系统运行频率对风电场及其直流送出系统的影响进行了分析,包括对变压器、交流电缆和MMC等的影响.基于±320 kV/1000 MW海上风电直流送出系统,分析了100 Hz跟网型中频方案的技术经济性,包括关键电气设备的主回路参数、海上交流电缆造价、海上平台造价、风机造价、交流电缆损耗和整流站阀损耗、交流电缆输电能力.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了跟网型中频方案的电磁暂态仿真模型,验证了该方案的有效性.     

海上风电场内部电气系统合闸过电压仿真分析

随着海上风电场的规模越来越大,针对其内部电气系统的研究得到国际上的关注.文中对海上风电场内部电气系统可能出现的合闸过电压进行了仿真分析.用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件分析了有无运行馈线2种方式下的合闸过电压过程,并解释了二者过电压机理,考察了内部电气系统的不同设计参数对合闸过电压的影响,为海上风电场内部电气系统的设计以及风机端升压变压器的绝缘设计提供了一定参考.     

风电场集电线路导线选型分析

风电场工程除关键的风资源分析、风机布置外,较为重要的设计内容就是场内的输变电工程设计。不同于一般的电网送电线路工程,风电场集电线路工程(等同于送电线路)是将各台风电机组所发的电量由联络线路组接后分送至场内升压站低压侧,经集中升压后通过接入系统线路与电网并网。由于风电场为分散式新能源工程,风机设备投资远比一般的发电电源项目昂贵。为节约工程的造价,有必要对风电场内采用架空线方式时的集电线路导线选型进行技术、经济分析,以提高风电场工程建设的合理性。     

格式网与链状网汇集风电功率能力的比较

集中式风电场的风机台数多,风电功率大,为了提高风电场集电网的可靠性,提出采用10 kV或35 kV格式网建设风电场的集电网。建立格式网模式风电场集电网的拓扑结构、停运率评估模型,提出格式网和链状集电网的停运率指标,利用MATLAB/Simulink搭建格式网和链状集电网的停运率仿真模型,比较2种集电网电缆故障切除前后汇集母线的电压电流水平以及2种电网汇集风电功率的能力,对比实例中格式网和链状集电网的电缆投资和电量收益。结果表明：链状网等效电量不足期望值是格式网等效电量不足期望值的4.6倍,格式网集电网比链状集电网的总体收益高61.2万元,格式网汇集的风电功率大,有利于风电功率的送出,投资前景良好。     

风电汇集系统无功盈余导致暂态过电压问题的研究综述

近年来,风电高速发展,“风资源丰富地区建设多个风电场—经110/220kV线路将多风电场汇集—经超/特高压交/直流输电系统集中送出”是近年来风电送出系统发展的主要模式。目前中国西北/东北/华北等地的风电汇集地区配套火电机组少,无功–电压灵敏度高,发生典型交/直流故障后,存在暂态过电压问题,可能导致风机大面积脱网,影响系统安全,制约风电消纳。该文从四方面对风电汇集地区暂态过电压问题研究现状进行综述:1)暂态过电压产生机理;2)暂态过电压的相关标准与潜在危害;3)暂态过电压问题的特点与分析方法;4)暂态过电压应对措施,并提出后续研究建议和展望。     

大容量远海风电柔性直流送出关键技术与展望

大容量远海风电集中送出能够有效降低开发成本,柔性直流输电作为远海风电的主要送出方式具有广阔应用前景。全面论述了大容量远海风电柔性直流送出关键技术与展望,首先介绍了远海风电交、直流典型送出方案,对比了交、直流送出方案的经济性;接着介绍了±500 kV/2 000 MW海上风电直流送出关键技术,从整体技术方案、可靠性、接地方式等方面对比了对称单级接线系统和双极接线系统的特点,分析了海上风电场66 kV无升压站汇集带来的新问题;指出了大容量远海风电送出技术在直流海底电缆、新型送出方式、智能化运维、控制保护、海上换流平台轻型化等方面的发展方向与挑战。     

海上风电典型送出方案技术经济比较研究

海上风力发电具有不占用土地资源,风速高的优点,是风电产业未来的主要发展方向。结合国内海上风电工程实例,在给出典型海上风电并网方案基础上,对海上风电场的交流、直流送出方案的技术经济比较进行分析研究。     

远海风电送出技术应用现状及发展趋势

远海风电高效可靠送出是实现中国能源转型和保障能源安全的重要载体。针对远海风电直流送出,结合工程实践全面论述了海上风电直流的应用现状和存在问题,指出了海上风电柔直小型化的主流方案和海上风电直流组网的发展趋势。同时对近期研究热点二极管整流送出方案进行了梳理,明确了降低全控设备器件数量是基于跟网型风机二极管整流送出亟待解决的问题,多构网风机稳定运行和自启动是实现基于构网型风机二极管整流送出亟须解决的问题。结合世界首个低频输电工程,介绍了海风低频的2种拓扑技术。最后对远海风电送出各技术方案未来的应用场景进行了展望。     

风电场无功分层配置的思考与例证

目前并网的风机几乎都长期运行在功率因数为1的方式下,由升压站的无功补偿设备对风机箱变、集电线路、升压变及并网线路的无功损耗进行补偿。这种运行方式不仅与无功分层平衡就地补偿的原则不符,也对风机机端电压的调整不利,在故障情况下还会扩大风机脱网的规模。本文从现场调试的试验结果出发,根据实例提出了风电场的无功补偿主要来自风机发出无功功率的补偿方式,符合无功分层平衡就地补偿的原则,而且有利于风机机端电压的调整,在故障情况下还能避免无功潮流对电网的冲击,减小风机脱网的规模。     

张家口地区风电接入对蒙西电网外送通道的影响分析及其稳控措施

张家口地区风电机组容量的快速增加,使接入的京津唐电网电能质量、系统静态稳定、动态稳定方面受到影响.采用BPA软件建模,经过系统暂态稳定计算分析,电气计算结果表明,当沽源变电站风电满负荷发电,蒙西电网外送断面的送电极限较风电出力为0时减少约600 MW;当万全变电站接入风电满负荷发电,蒙西电网外送断面的送电极限较风电出力为0时增加约400 MW.根据稳定计算结果,得出结论:当察北地区风电出力较高时,沽源变电站1台主变压器故障,另1台主变压器过载,建议在沽源变电站和各风电场装设安全自动稳定控制装置;当张北地区风电出力较高时,张北—万全Ⅱ线发生三相短路故障后,张万Ⅰ线过载,建议在万全变电站和各风电场装设安全自动稳定控制装置.     

海上风电场集电系统全寿命周期成本分析

对两种常用的海上风电场集电系统网络拓扑结构进行研究,从全寿命周期角度建立了其总成本模型,并提出了放射形结构拓扑复杂多变、环形结构运行方式多样条件下的集电系统运行成本与维护成本的计算方法。算例分析以一个典型的近海风电场为例,从全寿命周期成本的角度对其集电系统进行优化,结果表明在现有电气设备成本条件下,环形结构在风电场运行16年之后表现出一定的优势。一组灵敏度数据从不同海缆故障率、海缆单次故障维修成本对集电系统全寿命周期成本的影响进行分析,为后续海上风电场集电系统设计提供指导意见。     

基于SPWM的小型风电逆变系统的建模与仿真研究

以小型风力发电系统为研究对象,重点研究其逆变环节的设计,通过比较分析,主电路选择高频变压器形式,控制电路采用电压瞬时值反馈控制。利用MATLAB/Simulink软件建立了风电逆变系统的电路模型,给出了基于SPWM(Sinusoidal PWM)电压反馈控制的系统设计与仿真。在突加干扰的情况下仿真模型能很快稳定,具有较强的抗干扰能力,仿真结果验证了系统设计的可行性。在此基础上,完成了基于芯片TL494、IR2110和SG3525A的风电逆变控制系统的硬件设计方案。     

A Review of Power Electronics for Wind Power

The paper reviews the power electronic applications for wind energy systems.Main wind turbine systems with different generators and power electronic converters are described.The electrical topologies of wind farms with power electronic conversion are discussed.Power electronic applications for improving the performance of wind turbines and wind farms in power systems have been illustrated.     

风电接入对海上油田平台电网稳定性的影响

孤立电网接入风电可以节约燃料,降低运行成本。受风电特性的影响,风电穿透功率使电网在节约燃料的同时,也对电网稳定性造成了很大的影响。文章建立了包括燃气轮机在内的电网模型和多极永磁同步风力发电机模型,评价了由燃气轮发电机供电的海上油田平台孤立电网接入风电时的电网稳定性,并通过仿真研究了该海上油田平台孤立电网接入风电的最大穿透功率。PSCAD/EMTDC的仿真结果和中国海洋石油总公司建造的海上风力发电站的成功并网均表明,文中的平台电网能保持电网频率和负荷电压在规定的范围内。     

风力发电机组的有功控制研究

阐述了随着风力发电技术的迅速发展,以风能为基础的风力发电在全球的应用越来越广泛,风力发电在电力能源中所占的比例也越来越高。提出了由于风能的随机性和偶然性,使风力发电并网运行时产生很多技术问题,如有功调节能力差、电能质量差等,这些已成为制约风力发电大规模发展的主要问题。因此,研究含双馈风力发电机组的有功-频率调节对风电大规模利用具有非常重要的现实意义。以IEEE-9节点为例,介绍了双馈风电机风能捕获原理,提出风力发电机的有功调节-调频控制策略,并通过仿真验证了控制策略的有效性。     

大规模风电并入电网对电力系统的影响

研究了风力发电机组并网及风电场对当地电网电能质量的影响,对接入电力系统的影响。分析了风电机组的输出功率特性,分析了风电机组对谐波、电压波动与闪变、电压跌落的影响。讨论了风电场对电力系统调频调峰的影响、对稳态电压的影响、对保护系统的影响,分析了不同风力机的设计方案和选型对电网电压的影响。指出控制系统的设计和优化对改善风电的电能质量,减小对电力系统的影响有积极的作用。     

风力发电系统中的风力机模拟

为了能在实验室条件下对风力发电技术进行研究,提出了采用直流电机模拟风力机工作特性的可行性方案.分析了风力机的工作特性及最佳风能利用原理,采用直流电机转矩控制方案实现风力机特性的模拟,建立了由工控机、信号采集卡和电力回馈加载控制器构成的风力机模拟硬件平台,利用C Builder开发了风力机模拟控制软件,在此基础上形成了完整的风力机特性模拟系统.通过风速恒定、叶尖速比变化以及模拟自然风的实验验证了该方案的正确性.     

大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计

传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。