风电机组有功无功调节.ppt.ppt
风电机组有功、无功调节,南通大学 电气工程学院,概述,风电在电源中所占比例逐步提升，风电场有必要充分利用自身的无功调节能力，参与地区电网电压调节。,风电机组/风电场有功功率控制,能够实现最大风能捕获，提高风能利用效率，已经成为主流机型。,风电机组/风电场有功功率控制,风电机组或风电场有功功率标准,风电机组/风电场有功功率控制,单位时间内通过风力机叶片的空气质量为：风力机叶片受力为：风力机获得的能量为：气流通过风力机时损失的能量为：理想情况下：,风电机组有功功率控制,风电机组/风电场有功功率控制,单位时间内通过风力机叶片的空气质量为：风力机获得的能量为：有：将上式联立有：,风电机组有功功率控制,令：干扰系数为：风能利用系数为：则：当 时，具有最大值，为：贝兹准则：风力发电机能够从风能中吸取的能量不可能超过 风轮扫过的区域总风能的0.593倍,风电机组/风电场有功功率控制,代表风力机将风能转换为机械能的效率,最大风能追踪控制风力机捕获的功率为：风力机风能利用系数 由叶尖速比和浆距角共同决定，表达式如下：参数 是叶尖速比和桨距角的函数，具体表达式为：,风电机组/风电场有功功率控制,叶尖速比,浆距角,最大风能追踪控制对于任意固定的桨距角，风力机风能利用系数 与叶尖速比 之间的关系如图所示：,风电机组/风电场有功功率控制,对于任意的桨距角，只有一个叶尖速率比 使得风力机在最大风能转换效率系数下运行。在风速变化时，只要调节风轮转速，使其叶尖速率比维持在 不变，就可获得最佳的功率系数。,风电机组/风电场有功功率控制,将各个风速下的最大输出功率点连接起来，就可以得到风力机输出机械功率的最佳曲线。风速变化时及时调节风力机转速，保持最佳叶尖速比，使风力机运行在这一曲线上，风力机就能实现最大风能捕获，从而实现输出机械功率的最大化。,最大风能追踪控制对于任意固定的桨距角，风力机风能利用系数 与叶尖速比 之间的关系如图所示：,最大风能追踪控制在风电机组中，桨距控制系统通过调整风力机桨叶节距来改变气流对叶片攻角，从而改变风力机从风中捕获的风能。通过桨距角控制可以实现风电机组降功率运行，实现对风电机组有功功率的连续控制。通过对众多机组桨距角的协调控制，可以实现风电场输出功率的连续无缝调节，从而实现对风电场有功功率的控制功能。,风电机组/风电场有功功率控制,最大转速参考值,发电机转速,风电机组/风电场有功功率控制,风电场有功功率控制,在大规模风电接入电网的背景下，如何实现风电场输出功率的控制至关重要。,在常规的水火电系统中，通过借助自动发电控制系统（AGC-Automatic Generation Control）在线调节机组出力，实时跟踪电力调度机构下达的发电计划曲线。由于风速的不可控性，风电机组只能运行在最大捕获功率或低于该出力水平，难以同常规水火电机组一样，跟踪特定的发电计划曲线。为解决风电场出力的不确定性带来的不利影响，国家能源局已经要求风电场装设功率预测系统，风电场也将同常规电厂一样跟踪调度机构下达的发电计划曲线，均方根误差大于0.2者将受到考核。,风电机组/风电场有功功率控制,风电场有功功率控制,风电场通常包含多台风机，风电场有功功率控制必须借助风电场集中功率控制系统实现，当风电场有功功率超过调度机构下达的计划曲线或者接到调度机构要求风电场降出力运行指令时，风电场集中控制系统可以通过变桨或者切机方式降低风电场出力。与常规水火电的最大差别在于，风电场的有功功率控制只能单向控制，风电场功率控制系统只能控制风电场出力在低于最大风能捕获功率水平以下运行。,风电机组/风电场有功功率控制,风电场有功功率控制,借助风电场有功功率控制系统，可以实现风电场输出功率的在线调节，降低风电对电力系统的不利影响，使之在一定程度上与常规电厂类似，使得系统能够容纳更大容量的风电。,风电机组/风电场有功功率控制,风电场有功功率控制,风电机组/风电场无功功率控制,风电机组/风电场无功功率控制,风电机组/风电场无功功率标准,双馈风电机组结构如图所示，通过矢量控制可以实现有功、无功功率的解耦，实现控制风电机组变速运行并提供无功电压控制能力的目标。,风电机组/风电场无功功率控制,双馈风电机组的无功功率控制,设同步旋转坐标系下，由于d-q坐标轴相互垂直以同步速度旋转，两相绕组之间没有磁的耦合，转子和定子的电压和磁链方程为：,风电机组/风电场无功功率控制,双馈风电机组的无功功率控制,由于定子电阻压降远比电势小，通常可以忽略电机的定子绕组电阻，定子电压方程可以做如下简化：风电机组的转矩方程为：,风电机组/风电场无功功率控制,双馈风电机组的无功功率控制,定子侧有功功率为：定子侧无功功率为：,双馈发电机定子侧有功功率和无功功率分别与转子电流的转矩分量和励磁分量成线性关系，通过调节两个电流分量就可以分别独立地控制定子的有功功率和无功功率，进而实现两者的解耦控制。通过控制转子侧换流器，可以实现对转子电流励磁分量的控制，就可以控制定子侧的无功功率。双馈风电机组转子侧通过网侧换流器与电网相连，可以直接控制网侧换流器实现转子侧的无功功率控制，无功功率控制能力取决于网侧换流器的容量，由于是电力电子器件，转子侧无功功率具有良好的动态响应速度，能够向电网提供动态无功调节能力。,风电机组/风电场无功功率控制,双馈风电机组的无功功率控制,定子侧有功功率为：定子侧无功功率为：,直驱永磁风电机组采用直驱技术，通过全功率PWM换流器与电网相连。PMSG采用高性能交直交全功率换流器，使得风机转速与电网频率之间完全解耦，从而避开了齿轮箱传动的劣势（传动效率低、噪声大、机械磨损和故障率高等）。永磁电机不需要电励磁，无励磁损耗，因此效率较常规电机高。永磁体气隙磁通密度较高，因此可以提高电机的功率密度；可以减小离心力、提高转速、降低电流强度、减少冷却问题和机械轴承问题。,风电机组/风电场无功功率控制,河海大能源与电气学院,直驱永磁风电机组的无功功率控制,直驱永磁风电机组采用全功率变换技术，通过PWM换流器与电网相连，其无功功率调节范围仅仅取决于网侧换流器的额定功率和通过换流器的有功功率；若网侧换流器的额定容量为，则当有功功率为 时，对应的PMSG无功功率范围可表达为：由于直驱风电机组采用网侧换流器与电网相连，其无功功率调节主要依靠控制网侧换流器实现。,风电机组/风电场无功功率控制,直驱永磁风电机组的无功功率控制,对于一个由数十台甚至上百台具有无功调节能力的风电机组，其无功控制的关键在于如何协调风电场无功控制与风机无功控制之间的关系。由于风电机组容量相对较小，单台风电机组无功调节难以实现对系统电压的支撑，也难以满足相关规程要求。因此，风电场的无功功率调节问题必然牵涉到众多风电机组的联合调节。如何协调控制每台风机的无功输出，使得风电场并网点的无功输出满足系统负荷变化，抑制由负荷变化引起的母线电压波动，抵御由局部电网故障造成的控制点电压跌落，维持风电场接入区域电网电压稳定问题备受关注。,风电机组/风电场无功功率控制,风电场无功功率控制,风电机组/风电场无功功率控制,风电场无功功率控制,小结,同有功控制类似，风电场的无功控制重点是如何采取合理的控制方案在各台机组之间分配无功负荷，避免部分机组过负荷而另外部分机组却未能充分利用情况的发生。,
