龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ec1084971.html, 海上风电输电与并网关键技术研究 作者：高垚 来源：《河南科技》2018年第19期 摘要：风力发电是新能源领域中最成熟的发电方式之一，相关行业也获得了较快的发 展。海上自身具有丰富的风力资源特征，因此，关于海上风电的输入电能和并网问题逐渐成为风电发展的主要研究方向，并引起了相关专业人士的关注和重视。对此，本文从海上风电输电与并网关键技术的角度出发，对其进行深入、详细的探讨，以便从中寻找更多新颖、高效的方法，从而推动海上风电相关电网行业持续不断向前发展。 关键词：海上风电；并网；关键技术 中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）19-0139-02 Research on Key Technologies of Offshore Wind Power Transmission and Grid Connection GAO Yao （Fujian Zhongmin Offshore Wind Power Co.， Ltd.，Putian Fujian 351100） Abstract： Wind power generation is one of the most mature power generation modes in the new energy field， and the related industries have also gained rapid development. The sea itself has rich characteristics of wind resources. Therefore， the problem of the input power and grid connection of the offshore wind power has gradually become the main research direction of the development of wind power， and it has aroused the concern and attention of the related professionals. From the point of view of the key technology of offshore wind power transmission and grid connection， this paper made a thorough and detailed discussion on it so as to find more novel and efficient methods， so as to promote the continuous development of the offshore wind power related power grid industry. Keywords： offshore wind power；grid connection；key technologies 伴隨社会经济的快速发展，能源的消耗量也呈现出上升的趋势，以往石油、煤炭等相关资源的过度开发，使得人们不得不积极寻找、探索新能源。新能源种类非常多，如风力资源具有绿色环保的重要作用，是一种可循环使用的能源，因此，风力资源逐渐引起了相关部门的重视。近些年，随着科学技术的不断进步，风力发电开始逐步向海上风电这个方向发展。然而，我国海上风电还处于发展阶段，自身存在很多不足之处，需要对其进行改善，尤其是海上风电并网相关技术，对整个海上风电电网行业的长久发展具有重要作用。
文件编号：RHD-QB-K4609 （解决方案范本系列） 编辑：XXXXXX 查核：XXXXXX 时间：XXXXXX 风电并网对电力系统的影响及改善措施标准版 本
风电并网对电力系统的影响及改善 措施标准版本 操作指导：该解决方案文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。，其中条款可根据自己现实基础上调整，请仔细浏览后进行编辑与保存。 [摘要]：由于风电场是一种依赖于自然能源的分散电源，同时目前大多采用恒速恒频异步风力发电系统，其并网运行降低了电网的稳定性和电能质量。着眼于并网风电场与电网之间的相互影响，特别是对系统稳定性以及电能质量的影响，对大型风电场并网运行中的一些基础性的技术问题进行了研究。 [关键词]:风电场；并网；现状分析。 一、引言 风力发电作为一种重要的可再生能源形式，越来越受到人们的广泛关注,并网型风力发电以其独特的
能源、环保优势和规模化效益，得到长足发展,随着风电设备制造技术的日益成熟和风电价格的逐步降低，近些年来，无论是发达国家还是发展中国家都在大力发展风力发电。 风力发电之所以在全世界范围获得快速发展，除了能源和环保方面的优势外，还因为风电场本身所具有的独特优点：(1)风能资源丰富，属于清洁的可再生能源；(2)施工周期短，实际占地少，对土地要求低；(3)投资少，投资灵活，投资回收快；(4)风电场运行简单，风力发电具有经济性；(5)风力发电技术相对成熟。 自20世纪80年代以来，大、中型风电场并网容量发展最为迅猛，对常规电力系统运行造成的影响逐步明显和加大,随着风电场规模的不断扩大，风电特性对电网的负面影响愈加显著，成为制约风电场建
国家电网公司文件 国家电网调〔2011〕974号 关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知 各分部,华北电网有限公司,各省（自治区、直辖市）电力公司,中国电科院,国网电科院,国网经研院： 为落实《国家能源局关于加强风电场并网运行管理的通知》（国能新能〔2011〕182号），公司在总结分析风电并网运行故障原因和存在问题的基础上，组织制定了《风电并网运行反事故措施要点》，现予印发，请各单位严格执行。 风电机组低电压穿越能力缺失是当前风电大规模脱网故障频发的主要原因。为防止类似故障再次发生，各单位要督促网内风力发电企业对风电机组低电压穿越性能进行改造、调试，并通过国家有关部门授权的有资质的检测机构按《风电机组并网检测 管理暂行办法》（国能新能〔2010〕433号）要求进行的检测验证。对此，特别强调： 1. 新建风电机组必须满足《风电场接入电网技术规定》等相关技术标准要求，并通过按国家能源局《风电机组并网检测管理暂行办法》（国能新能〔2010〕433号）要求进行的并网检测，不符合要求的不予并网。 2. 对已并网且承诺具备合格低电压穿越能力的风电机组，风电场应在半年内完成调试和现场检测，并提交检测验证合格报告。同一型号的机组应至少检测一台。逾期未交者，场内同一型号的机组不予并网。 3. 对已并网但不具备合格低电压穿越能力的容量为1MW及以上的风电机组，风电场应在一年内完成改造和现场检测，并提交检测验证合格报告。报告提交前，场内同一型号的机组不予优先调度。逾期未交者，场内同一型号的机组不予并网。 附件：风电并网运行反事故措施要点
二○一一年七月六日 主题词：综合风电反事故措施通知 国家电网公司办公厅2011年7月6日印发
ICS 备案号: DL 中华人民共和国电力行业标准 P DL/Txxxx-200x 风电并网技术标准 Regulations for Wind Power Connecting to the System (征求意见稿) 200x-xx-xx发布200x-xx-xx实施中华人民共和国国家发展和改革委员会发布
DL/T —20 中华人民共和国电力行业标准 P DL/Txxxx-2QQx 风电并网技术标准 Regulations for Wind Power Connecting to the System 主编单位:中国电力工程顾问集团公司 批准部门:中华人民共和国国家能源局 批准文号:
前言 根据国家能源局文件国能电力「2009]167号《国家能源局关于委托开展风电并网技术标准编制工作的函》，编制风电并网技术标准。《风电场接入电力系统技术规定》GB/Z 19963- 2005于2005年发布实施，对接入我国电力系统的风电场提出了技术要求。该规定主要考虑了我国风电尚处于发展初期，风电机组制造产业处于起步阶段，风电在电力系统中所占的比例较小，接入比较分散的实际情况，对风电场的技术要求较低。根据我国风电发展的实际情况，各地区风电装机规模和建设进度不断加快，风电在电网中的比重不断提高，原有规定已不能适应需要。为解决大规模风电的并网问题，在风电大规模发展的情况下实现风电与电网的协调发展，特编制本标准。 本标准土要针对大规模风电场接入电网提出技术要求，由风电场技术规定、风电机组技术规定组成。 本标准由国家能源局提出并归口。 本标准主编单位:中国电力工程顾问集团公司 参编单位:中国电力科学研究院 本标准主要起草人：徐小东宋漩坤张琳郭佳李炜李冰寒韩晓琪饶建业佘晓平
南京工程学院 毕业设计开题报告 课题名称：风力发电场并网运行稳定性研究 学生姓名：李金鹏 指导教师：陈刚 所在院部：电力工程学院 专业名称：电气工程及其自动化 南京工程学院 2012年3月5日
说明 1．根据南京工程学院《毕业设计(论文)工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。 2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5．开题报告检查原则上在第2～4周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。
毕业设计(论文)开题报告 学生姓名李金鹏学号206080923 专业电气工程及其自动化指导教师姓名陈刚职称讲师所在院部电力工程学院课题来源自拟课题课题性质工程研究课题名称风力发电场并网运行稳定性研究 毕业设计的内容和意义 内容： 早期风电的单机容量较小，大多采用结构简单、并网方便的异步发电机，直接和配电网相连，对系统影响不大。但随着风电场的容量越来越大，对系统的影响也越来越明显，而风电场所在地区往往人口稀少，处于供电网络的末端，承受冲击的能力很弱，给配电网带来谐波污染、电压波动及闪变等问题。 因此以恒速恒频异步风力发电机组成的风电场为研究对象，建立风力发电系统的线性化状态方程。研究包含风电场的电力系统潮流算法，利用MATLAB及其仿真平台实现电力系统潮流计算以及机电暂态仿真。分析比较各种潮流算法的优缺点。建立简单系统的小干扰稳定分析线性化状态方程，得出了状态矩阵元素的参数表示形式。用特征值分析方法研究大型风电场接入电网后的系统小干扰稳定问题。分析风电场改变对系统小干扰稳定性的影响。采用时域仿真方法研究大型风电场接入电网后的系统暂态稳定问题。 意义： 据国际能源署统计，全球风力发电机总装机容量1999年的2000兆瓦增加到2005年的60000兆瓦，世界风能市场装机资金达450亿欧元，提供50万个就业岗位。风能这种清洁能源每年可以减少2.04亿吨的二氧化碳排放量。 随着风电装机容量的增加，在电网中所占比例的增大，风能的随机性、间隙性特点，和风电场采用异步发电机的一些特性，使稳态电压值上升、过电流、保护装置的动作误差，电压闪变、谐波、浪涌电流造成的电压降落，从而使得风电的并网运行对电网的安全，稳定运行带来重大的影响。其中最为突出的问题就是使风电系统的电能质量严重下降，甚至导致电压崩溃。风电场脱网事故频发，对电网安全运行构成威胁，所以进行风力发电并网运行稳定性研究是非常必要的。
风力发电工程 序号专用标准名称标准编号备注 一综合管理 1 风力发电工程质量监督检查大纲国能安全[2016]102号2016-04-05实施 2 风力发电工程建设监理规范NB/T 31084-2016 2016-06-01实施 3 风力发电工程施工组织设计规范DL/T 5384-2007 4 风电场工程劳动安全与工业卫生验收规范NB/T 31073-20152015-09-01实施 5 风力发电企业科技文件归档与整理规范NB/T 31021-2012 二社会监督 1 电力业务许可证管理规定国家电监会令第9号2005-10-13实施 关于印发风电场工程竣工验收管理暂行办法和风电场项目后评 2 国能新能[2012]310号 价管理暂行办法的通知 三消防工程 1 风力发电机组消防系统技术规程CECS 391:20142015-05-01实施四风电工程专用标准 1 设计标准 风电场工程勘察设计收费标准NB/T 31007-2011 风电场工程可行性研究报告设计概算经编制办法及计算标准FD 001-2007 风电场工程等级划分及安全标准（试行）FD 002-2007 风电机组地基基础设计规定（试行）FD 003-2007 风电场工程概算定额FD 004-2007 风力发电场设计规范GB 51096-20152015-11-01实施风力发电厂设计技术规范DL/T 5383-2007 风电场设计防火规范NB 31089-20162016-06-01实施风力发电机组雷电防护系统技术规范NB/T 31039-2012 风电机组低电压穿越能力测试规程NB/T 31051-2014 风电机组电网适应性测试规程NB/T 31054-2014 风力发电机组接地技术规范NB/T 31056-2014 风力发电场集电系统过电压保护技术规范NB/T 31057-2014
由于风能具有随机性、间歇性、不稳 定性的特点,当风电装机容量占总电网容量的比例较大时会对电网的稳定和安全运行带来冲击。本文针对这一问题,阐述了大规模风电并网后对电力系统稳定性、电能质量、发电计划与调度、系统备用容量等方面的影响。并对风电的经济性进行了分析。 风电并网对电网影响主要表现为以下几方面： 1.电压闪变 风力发电机组大多采用软并网方式，但是在启动时仍然会产生较大的冲击电流。当风速超过切出风速时，风机会从额定出力状态自动退出运行。如果整个风电场所有风机几乎同时动作，这种冲击对配电网的影响十分明显。不但如此，风速的变化和风机的塔影效应都会导致风机出力的波动，而其波动正好处在能够产生电压闪变的频率范围之内(低于25Hz)，因此，风机在正常运行时也会给电网带来闪变问题，影响电能质量。已有的研究成果表明，闪变对并网点的短路电流水平和电网的阻抗比(也有说是阻抗角)十分敏感。 2.谐波污染 风电给系统带来谐波的途径主要有两种：一种是风力发电机本身配备的电力电子装置，可能带来谐波问题。对于直接和电网相连的恒速风力发电机，软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连，因此会产生一定的谐波，不过因为过程很短，发生的次数也不多，通常可以忽略。但是对于变速风力发电机则不然，因为变速风力发电机通过整流和逆变装置接入系统，如果电力电子装置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，则会产生很严重的谐波问题，不过随着电力电子器件的不断改进，这一问题也在逐步得到解决。另一种是风力发电机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振，在实际运行中，曾经观测到在风电场出口变压器的低压侧产生大量谐波的现象。与电压闪变问题相比，风电并网带来的谐波问题不是很严重。 3.电压稳定性 大型风电场及其周围地区，常常会有电压波动大的情况。主要是因为以下三种情况。风力发电机组启动时仍然会产生较大的冲击电流。单台风力发电机组并网对电网电压的冲击相对较小，但并网过程至少持续一段时间后(约为几十秒)才基本消失，多台风力发电机组同时直接并网会造成电网电压骤降。 因此多台风力发电机组的并网需分组进行，且要有一定的间隔时间。当风速超过切出风速或发生故障时，风力发电机会从额定出力状态自动退出并网状态，风力发电机组的脱网会产生电网电压的突降，而机端较多的电容补偿由于抬高了脱网前风电场的运行电压，从而引起了更大的电网电压的下降。
国家相关标准 风力发电机组功率特性测试 主要依照IEC61400-12-1:2005风电机组功率特性测试是目前唯一一个正式版本电流互感器级别应满足IEC 60044-1 电压互感器级别应满足IEC 60186 功率变送器准确度应满足GB/T 13850-1998要求，级别为0.5级或更高 IEC 61400-12-1 功率曲线 IEC 61400-12-1 带有场地标定的功率曲线 IEC 61400-12-2 机舱功率曲线 IEC 61400-12 新旧版本区别 对于垂直轴风电机组，气象桅杆的位置不同 改变了周围区域的环境要求 改变了障碍物和临近风电机组影响的估算方法 使用具有余弦相应的风速计 根据场地条件将风速计分为A、B、S三个等级 根据高风速切入和并网信号可以得到两条功率曲线 风速计校准要符合MEASNET规定 风速计需要分级 电网频率偏差不超过2HZ 场地标定只能通过测量，不能用数值模拟 场地标定的每一扇区分段至少为10° 可以同步校准风速计 改进了对风速计安装的描述 通过计算确定横杆长度 增加针对小型风机的额外章节 MEASNET标准和旧版IEC61400-12标准区别 使用全部可用的测量扇区，否则在报告中说明 不允许使用数值场地标定 场地标定更详细的描述，包括不确定度分析 只允许将风速计置于顶部 风速计的校准必须符合MEASNET准则 不使用AEP不完整标准 轮毂高度、风轮直径、桨角只能通过测量来判定，不能按照制造商提供的判定报告中必须提供全方位的照片 IEC61400-12-1：Power performance measurement for electricity producing wind turbine(2005)风电机组功率特性测试 可选择：场地标定 IEC61400-12-2：Power curve verification of individual wind turbine,单台风电机组功率曲线验证（未完成）
海上风电并网关键技术及标准研究分析
我国海上风能资源丰富、利用小时数高，近海可开发量超过7.5亿千瓦。陆上风电开发放缓，海上风电将在我国清洁能源开发中扮演愈发重要的角色。 课题名称：海上风电场送电系统与并网关键技术研究及应用 （2013AA050601） 所属项目：国家863计划 “先进能源” 技术领域 海上风电电力输送、施工和浮动式基础关键技术研究与示范 。 起止时间：2013年02月28日-2017年02月27日 课题总体目标：掌握海上风电场汇集与并网系统优化设计及运 行控制关键技术，建设用于海上风电场集电及送出系统的海缆 过电压和保护试验平台，开发出具有自主知识产权的海上风电 功率预测、远程集群控制和安全防御系统，并实现示范应用。
高压交流海缆电容效应明显，多无功源协调控制复杂，电压精准控制难。研究海上风电场复杂电气环境下的无功/电压分布特征，以电压波动最小和场内有功损耗最小为两阶段控制的优化目标，制定基于预决策+再决策相结合的无功电压精准控制策略，实现运行电压控制精度提高，平均网损降低30%。 （1）海上风电场无功电压精准控制 LC αω=211 cos U k l U α== 首端末端
通过协调分配各台风电机组和动态无功容量，优先发挥风电机组无功调节能力，提出基于场内多无功源的机/场双层无功协调故障穿越控制策略，故障期间提高了暂态支撑能力，故障切除后过电压得到有效抑制。 （2）海上风电场分层自治的故障穿越控制技术 故障期间：低电压穿越 机组层：退出crowbar，转子电流 P、Q分量协调控制 场站层：STATCOM和机组无功协调分配故障切除后：高电压穿越 STATCOM输出感性无功，平衡过剩无功。
风电并网的不利影响及分析 一、风电并网的不利影响案例分析 1、加拿大阿尔塔特电力系统 截至2008 年，加拿大的阿尔伯塔电力系统（AIES）共有装机约280 台，总容量12 368 MW。其中，煤电5 893 MW，燃气发电4 895 MW（热电联产约3 000MW），水电869 MW，风电523 MW，生物质等其他可再生能源214 MW。阿尔伯塔的风电开发意向已达到11 000 MW，几乎与目前系统的装机容量相当，这在给AIES 带来巨大机遇的同时也带来了挑战。因为，大规模的风电接入会增加系统发电出力的不稳定性，降低系统维持供需平衡的能力。AIES 的装机以火电为主，且调节能力有限，系统备用容量也有限，电力市场的可调发电出力的灵活性不高，对外联络线的潮流交换能力相对有限。因此，系统需要增强调节及平衡能力和事故响应能力，否则难以应对风电出力变化给系统带来的巨大压力。 电力生产和使用必须同时完成的特点决定了系统运行必须维持每时每刻的供需平衡。供需失衡会引起发输电设备跳闸、负荷跳闸甚至系统崩溃等事故。因此，维持系统的实时平衡是一个非常艰巨的任务，而大规模的风电并网，会从以下4 个方面影响系统供需平衡：（1）能否准确预测供需走势。预测是实施供需平衡调节的基础。供需差可能来源于负荷、潮流交换、间歇性电源等的变化。供需走势的预测对于系统运行至关重要。预测越准确，相关的运行决策越准确，运行人员越容易维持系统稳定。而目前的风电预测，远不能达到系统运行对预测精度的要求，给大规模风电并网的系统运行带来很大隐患。 （2）需要足够的系统调节平衡资源来提升系统应对风电出力变化和不确定的能力。系统调节平衡资源是指能被随时调度的、能维持系统平衡的调节备用容量、负荷跟踪服务等运行备用。由于风电出力变化和不确定，导致系统必须维持很高的系统调节资源以作备用，降低了系统资源的利用率。否则，系统将无法应对风电出力变化和不确定性，影响系统的安全可靠运行。 （3）亟须建立相关的系统运行操作规程。为了保持系统的有效运行，必须提前研究并制定相关的系统运行操作规程，并纳入已有的运行规程以指导调度人员。由于人们对风电出力变化和不确定的了解还处于起步阶段，所以相关的运行规程还属空白。 （4）调度人员要学习并掌握应对风电出力变化和不确定影响的能力。拥有充足的系统调节平衡资源、建立相关的规程、具有可操作性的预测结果，加上操作人员多年的经验积累，在对系统特性有足够了解的基础上，才能准确地判断并作出正确决策，实现系统操作安全、可靠、及时。面对大规模的风电并网给系统运行带来的巨大挑战，调度人员需要学习如何应对风电出力变化和不确定给系统运行带来的复杂局势。 对于一个独立系统，供需不平衡可能导致系统出现频率偏差的情况，对于一个互联系统，供需不平衡可能导致系统从主网解列。特别是，阿尔伯塔系统的风电开发意向已远远大于其承受范围，所以面临的问题更加严峻。 胡明：阿尔伯塔风电并网对系统运行的影响和对策；电力技术经济；2009[4] 2、辽宁电网 预计在2010年底,辽宁电网的风电装机容量达到340万kW, 2015年风电装机容量达到787万kW。风电的大规模集中并网将给辽宁电网的调峰调频、联络线控制、系统暂态稳定、无功调压及电能质量等诸多方面带来直接影响,给电力系统的安全稳定运行带来新的挑战。 （1）导致系统调峰难度增加
中国风电发展现状与潜力分析 风能资源作为一种可再生能源取之不尽，中国更是风能大国，据统计中国风能的技术开发量可达3亿千瓦-6亿千瓦，而且中国风能资源分布集中，有利于大规模的开发和利用。 据考察中国的风能资源主要集中在两个带状地区，一条是“三北（东北、华北、西北）地 区丰富带”即西北、华北和东北的草原和戈壁地带；另一条是“沿海及其岛屿地丰富带”，即东部和东南沿海及岛屿地带。这些地区一般都缺少煤炭等常规能源并且在时间上冬春季风大、降雨量少，夏季风小、降雨量大，而风电正好能够弥补火电的缺陷并与水电的枯水期 和丰水期有较好的互补性。 一、风电发展现状 据统计，从2017年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番，截至2017年底，中国 以约4182.7万千瓦的累积风电装机容量首次超越美国位居世界第一，较 瓦，到2020年可达1.5亿千瓦。 （二）风电投资企业 风电投资企业包括开发商与风电装机制造企业。从风电开发商的分布来看，更向能源投资企业集中，2017年能源投资企业风电装机在已经建成的风电装机中的比例已高达90%， 其中中央能源投资企业的比例超过了80%，五大电力集团超过了50%。其他国有投资商、外资和民企比例的总和还不到10%，地方国有非能源企业、外企和民企大都退出，仅剩下中国风电、天润等少数企业在“苦苦挣扎”，当年新增和累计在全国中的份额也很小。从风 电装机制造企业来看，主要是国内风电整机企业为主，2017年累计和新增的市场份额中，前3名、前5名和前10名的企业的市场占有率，分别达到了55.5%和 发电；由沈阳工业大学研制的3mw风电机组也已经成功下线。此外，中国华锐、金风、 东汽、海装、湘电等企业已开始研制单机容量为5mw的风电机组。中国开始全面迈进多mw级风电机组研制的领域。2017年，国际上公认中国很难建成自主化的海上风电项目，然而，华锐风电科技集团中标的上海东海大桥项目，用完全中国自主的技术和产品，用两 年的时间实现了装机，并于2017年成功投产运营，令世界风电行业震惊。 （四）风电场并网运行管理 目前，风电并网主要存在两大问题：风电异地发电机组技术对电网安全稳定产生影响、风 的波动性使风电场的输出功率的波动性难以对风电场制定和实施准确的发电计划。它们使 得风电发展受到严重影响。对于这种电力上网“不给力”的现况，国家和电网企业都在积极 努力地解决好风电基地电力外送问题，除东北的风电基地全部由东北电网消纳和江苏沿海 等近海和海上风电基地主要是就地消纳之外，其余各大风电基地就近消费一部分电力和电 量之外的电力外送的基本考虑是：河北风电基地和蒙西风电基地近期主要送入华北电网；
科技信息 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ2013年第7期0引言 当今石化能源的日益匮乏，社会的发展对能源的需求不断增加。 风能作为一种清洁可再生能源越来越受到世界各国的重视。近年来风 力发电在国内外都得到了突飞猛进的发展。但由于风能的随机性和不 稳定性，在其发展的过程中也出现很多问题，其中风力发电并网难最 为突出。风电并网技术成为风力发电领域研究的重难点问题。如何将 并网瞬时冲击电流降低到最小规范值，进一步保证并网后系统电压稳 定是当今研究的重点方向。本文对并网技术问题进行相关研究，提出 并网运行方式并进行分析比较。1风力发电并网运行的分析随着风力发电的快速发展，风电场的并网已成为必然的途径。从风电问世以来，风力发电经历了独立运行方式、恒速恒频运行方式、变速恒频运行方式。当今变速恒频发电系统已成为主流，但风力发电并 网仍是热点的研究话题。 不管是哪一种发电类型，并网总是以保证电力系统稳定性为基本 原则。风力发电相比于火力发电和水力发电，由于其不稳定性需要更 精确的并网控制技术。并网运行时，需满足：（1）电压幅值与电网侧电 压幅值相等；（2）频率与电网侧频率相同；（3）电压相角差为零；(4)电压 波形及相位与电网侧的电压波形及相位保持一致。这样保证了并网时 冲击电流理想值为零。否则，若并网产生很大的瞬时冲击电流，不仅损 坏电力设备，更严重的是使电力系统发生震荡，威胁到电力系统稳定 性。 从大的方向看，风力发电系统并网分为恒速恒频风力发电机并网 和变速恒频风力发电机并网。恒速恒频并网运行方式为风力发电机的 转子转速不受风速的影响，始终保持与电网频率相同的转速运行。虽 然其结构简单、运行可靠，但是对风能的利用率不高，机械硬度高，而 且发电机输出的频率完全取决与转速，如控制不好，并网时会发生震 荡、失步，产生很大的冲击电流。所以恒速恒频系统已逐渐退出人们的 视线。随着电力电子技术的日益成熟，以变速恒频并网运行方式取而 代之。变速恒频风力发电并网系统是发电机转速随着风速的变化而变 化，系统通过电力电子变化装置，使机组输出的电能频率控制在与电 网频率一致。变速恒频并网方式减少了机组的机械应力，充分的利用 风能源，使发电效率大大提高；并网时通过精确合理地控制电力电子 变换器，使得并网更加稳定，降低系统因冲击电流过大使电网电压降 低从而破坏电力系统稳定性。2变速恒频双馈发电机并网 目前，并网型的变速恒频风力发电机组主要采用双馈发电机和永 磁同步发电机。 变速恒频双馈发电机的并网原理图如图1所示。 双馈发电机并网的工作原理为当风速变化时，发电机的转子励磁回路由双PWM 变频器控制转子励磁电流的频率，转子转速与励磁电流频率合成定子电流频率。调节励磁电流频率，使定子电流频率始终与电网频率保持一致。电机转动频率、定、转子绕组电流频率的关系式为：f 1=pn 60±f 2式中：f 1为定子电流频率，f 2为转子电流频率，n 为转子转速。双馈发电机既可以同步运行也可以异步运行，通过精确地控制双PWM 变频器，可以实行“柔性并网”，大大提高并网的成功率。一般双馈发电机 并网的结构相对复杂，大多采用多级齿轮箱双馈异步风力发电机组。 当自然风速使得风力发电机转子转速频率与电网频率相同时，风力发 电机同步运行；当风力发电机的转速小于或者大于电网频率时，风力 发电机异步运行，通过双向变频器实现发电机组转子与电网的功率交 换，保证输出频率与电网侧保持一致。在异步运行程中，不仅有励磁损 耗，而且还要从电网吸收无功功率，所以需在并网侧安装无功补偿器。图1变速恒频双馈发电机的并网原理图3直驱式永磁同步发电机并网变速恒频永磁同步发电机并网原理图如图2所示。图2变速恒频永磁同步发电机并网原理图 直驱式永磁同步发电机并网的原理为当风速改变时，发电机输出不同频率的交流电，经过不可控整流电路将交流电变成直流电，再经过DC/DC 直流斩波让直流电压幅值保持压稳定。以逆变器为核心，采用IGBT 作为开关器件构成全桥逆变电路，将整流器输出的直流电逆变成与电网侧电压相角、幅值、相位、频率相同的交流电。逆变有时会产生一定的电压谐波污染和冲击电流，这时必须有效（下转第92页）风力发电并网方式的研究 张伟亮潘敏君韦大耸陈富玲 （贺州学院机械与电子工程学院，广西贺州542800） 【摘要】通过分析风力发电系统并网方式的原理，针对风力发电并网难的问题，提出利用直驱式永磁同步发电机实现风力发电并网。直驱式永磁同步发电机并网比传统的恒速恒频并网方式更加稳定。 【关键词】风力发电；并网运行；恒速恒频；变速恒频 Study on wind Power Grid-connected Mode ZHANG Wei-liang PAN Min-jun WEI Da-song CHEN Fu-ling （School of Mechanical and Electronics Engineering,Hezhou Univ.Hezhou Guangxi,542800,China ） 【Abstract 】By analyzing the theory of grid-connected wind farms,the paper presents using direct-driven permannet magnet synchronous generator to achieve grid-connerted wind power according to the problem in wind power grid-connected difficult.Direct drive permanent magnet synchronous generator than traditional way of constant speed constant frequency grid interconnection is more stable. 【Key words 】Wind power generation ；Parallel operation ；Constant speed constant frequency ；Variable speed constant frequency ※项目基金：此文为贺州学院大学生创新项目研究成果，项目编号2013DXSCX08。 作者简介：张伟亮（1982—），男，硕士，讲师，从事电气工程及其自动化的教学及高压设备的生产研发。 潘敏君，男，贺州学院电气工程及其自动化专业在读学生 。 ○本刊重稿○4
用于海上风电并网的柔性直流系统过电压和绝缘配合研究 发表时间：2019-08-07T11:10:14.140Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：樊华[导读] 摘要：人们生活水平的提高，用电需求的不断增多，促进了我国电力产业的不断发展。 身份证号码：23011919850617XXXX 摘要：人们生活水平的提高，用电需求的不断增多，促进了我国电力产业的不断发展。近年来，风电建设重心逐步从西部地区转移到电力消纳较好的中东部地区，海上风电得到快速发展。柔性直流系统凭借其独特的技术优势，正逐渐成为大规模远距离海上风电并网的主流方案。本文就用于海上风电并网的柔性直流系统过电压和绝缘配合展开探讨。 关键词：海上风电并网；柔性直流系统；模块化多电平换流器引言 无论是在可开发的资源量上，还是技术政策层面，我国海上风电目前已基本具备大规模开发条件。我国拥有丰富的海上风电资源，中国气象局风能资源调查数据显示，我国5～25m水深线以内近海区域、海平面以上50m高度风电可装机容量约2亿kW，70m以上可装机容量约5亿kW。近年来，我国海上风电发展迅猛，2017年海上风电新增装机达到1．16GW，同比增长97%，累计装机达到2．79GW。 1海上风电场的并网方式 海上风电场的并网方式分别是高压交流并网（简称HV AC）、高压直流输电方式并网（简称HVDC）。HV AC方式具有结构简单、成本较低等特点，发展最为成熟。目前，使用HV AC是绝大多数陆上风电场并网的选择。但对于规模较大的海上风电场，随着并网距离的增加，输电损耗上升较快，如果增大海底电缆截面和提高传输电压等级，将导致投资成本的急剧增加。另外，对于距离岸边较远的海上风电，为了抑制过电压水平，需要加装较大的感性无功设备补偿并网电缆的充电功率。同时，海上风电场交流系统必须与其接入的电网保持同步，受到扰动后仍要维持系统的同步运行。因此实际工程中该方法一般只用于传输容量小、传输距离短的风电接入系统。距离海岸小于50km且建设规模小于200MW海上风电场普遍采用HV AC方式。将HVDC技术应用于风电并网，特别是对于远距离海上风电场，具有明显优势：（1）海上风电采用HVDC方式后，不需要与陆上电网保持同步，因此，海上风电场系统频率的允许变化范围较大，电网的每个联络终端都具有很强的独立性，可以依照自己的控制策略运行。（2）长距离的交流电力电缆受充电电流的影响，电力传输能力受限，而HVDC电缆的充电电流则非常微小，因此，输电距离可以不受限制。（3）能够隔离海上风电系统和陆上电网的故障，某些情况下，HVDC系统还可以参与故障后的状态恢复。（4）可以设定和控制直流传输系统的潮流。（5）传输同样容量的功率HVDC方式损耗低，整个直流系统的运行损耗将低于等效的HV AC系统。（6）在相同的运行条件下，单根HV AC电缆的传输容量高，三相交流线路的传输容量仅为同样规格的一对直流电缆的60％。高压直流方式主要有两类，常规直流输电方式（LCC－HVDC）和柔性直流输电技术（VSC－HVDC）。常规直流输电采用基于线换相换流器，柔性直流输电采用基于自换向的电压源换流器。LCC－HVDC并网方式下为确保换流器正常换相，需要交流侧电网提供连续的换相电压，风电出力的不稳定性会导致发生换相失败故障的概率较高，海上风电场安全稳定运行的能力大大降低。输送功率相同情况下，常规直流工程占地较大，超过交流和柔性直流输电方案占地面积的两倍以上；另外，当风力不够或者风力过大从系统中切除风机后，为保证系统稳定运行同时给风电场处的负荷供电，系统将向风电场有限度地传输有功功率，这时需要对风电侧系统进行无功补偿，但常规直流本身不能够发出无功，而且还需要增加大量的无功补偿装置，换流站的占地面积也会相应的加大，考虑到海上平台的建设难度，因此常规直流输电不适合海上风电场使用。 2用于海上风电并网的柔性直流系统拓扑结构用于远距离大规模海上风电并网的柔性直流系统与常规的柔性直流系统略有不同，用于海上风电并网的柔直系统接线图见图1。其特点主要体现在：（1）考虑到可靠性的要求，从路上换流站开始，交流线路和直流线路都采用可靠性较高的电缆。（2）考虑到电缆的高可靠性以及目前MMC的制造水平，用于海上风电并网的柔性直流换流站通常采用伪双极结构；伪双极结构还可以避免直流接地极的使用，减少换流站主设备。（3）考虑到设备维护等方面的因素，换流站中通常采用2台换流变压器，使得系统基本能够满足N-1原则。（4）通常陆上换流站需要装设直流耗能支路DCchopper（图1中R，及与其串联的开为，当陆上换流站发生交流故障后，海上换流站注人的多余功率可以通过直流耗能支路释放，最大程度避免直流侧过电压。（5）对于一个采用伪双极接线的柔性直流系统而言，理论上只要至少有一个换流站安装接地装置，整个直流系统就可以正常运行。由于接地装置需要占用一定体积，所以在海上换流站中一般不考虑装设接地装置，只考虑在陆上换流站安装接地装置。（6）为了减小换流站的占地面积，通常直流侧不需要安装平波电抗器，但是会把桥臂电抗器移到换流器直流极线和串联子模块的最高/最低点之间。
风电并网对电压稳定的影响 随着能源问题和环境问题的日益凸现，世界各国都重新调整各自的能源策略，大力开发新能源。风能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，风力发电因为技术比较成熟，可形成规模开发，近年来得到迅速发展。 目前，我国风电发展进入一个快速发展时期，2006年是我国实施《可再生能源法》的第一年，风电建设步伐明显加快，到2006年底，装机总容量达到约230万kW。由于风力发电机组常采用不同于传统同步发电机组的发电技术，其稳态和暂态特性都与传统同步发电机组不同；大规模风电并网后，电网的电压稳定性、暂态稳定性和频率稳定性都会发生变化。 不同类型的风电机组，由于其结构不同，对电网的影响也不一样。恒速恒频风电机组主要采用风力机驱动异步感应电机发电，然后直接接入电网；由于异步感应电机在发出有功功率的同时，需要从电网吸收无功功率，因此，其电压稳定性较低。变速恒频风电机组由于可实现最大风能捕获、减少风轮机组机械应力等优点，成为主要的发展方向；其中基于双馈感应电机的风电机组由于降低了电力电子装置的容量，近年来，得到了广泛的发展；但由于变速恒频风电机组采用了电力电子装置，使得电磁功率与机械功率解耦，无法向电网提供惯性响应，对电力系统的频率稳定性产生不利影响。 随着我国对风电建设力度的加大,风电装机规模不断增加,大规模风电并网对电力系统产生的影响将逐渐突出,由此带来的相关系统问题将成为我国风电发展的主要制约因素之一。大规模风电并网有两种情况：一是大型风电场接入输电网，二是多个小型风电场接入电力系统某一地方的配电网。小规模风电场并网对电力系统的影响主要是以下几个方面：稳态电压值的上升、过电流、保护装置的动作误差、电压闪变、谐波、浪涌电流造成的电压降落。大规模风电场并网对电力系统的影响除了以上那些方面外，还会有电力系统的震荡和电压稳定性问题。因此只有对大规模风电场并网才有必要考虑电压稳定性问题。 风电机组类型和无功特性 目前大型风力发电机组一般有两种类型,一种是采用异步发电机的固定转速风电机组,另一种是采用双馈电机或通过变频器并网的变速风电机组。固定转速风电机组发出有功的同时吸收无功功率,不具备调压能力,其电压通过无功补偿和调节系统电压水平来调整；通过变频器并网的变速风电机组不具备发无功能力,但通过调节变频器,可以使并网时功率因数达到很高水平；变速恒频风电机组具备调压能力,在发出有功功率的同时可以发出无功功率,并可根据系统需要在一定范围内调节无功输出,但从目前国内安装的变速恒频风电机组情况来看,大部分没有应用调压功能,运行中保持机端功率因数为1.0。 大规模风电场并网的主要问题 风电场并网运行对电网的影响由于风电具有随机性和间歇性特点,并网风电将对电网产生一定影响。风电发展初期装机规模较小,与配电网直接相连,对电网的影响主要表现为电能质量,随着大规模风电接入输电网,系统调峰压力加大,系统稳定和运行问题突显。电能质量风电机组对电能质量的影响主要表现在高次谐波、电压闪变和电压波动上,在采用双馈变速恒频风电机组的情况下较为严重。并网风电机组在连续运行和机组切换操作过程中都会产生电压波动和闪变。 1、电压波动和闪变 风力发电机组大多采用软并网方式, 但是在启动时仍会产生较大的冲击电流。当风速超过切出风速时, 风机会从额定出力状态自动退出运行。如果整个风电场所有风机几乎同时动作, 这种冲击对配电网的影响十分明显。不但如此, 风速的变化和风机的塔影效应都会导致风机出力的波动, 而其波动正好处在能够产生电压闪变的频率范围之内 (低于25 Hz) , 因此, 风机在正常运行时也会给电网带来闪变问题, 影响电能质量。
风力发电的并网接入及传输方式 摘要：在环境保护之中，风力发电是其中节约资源最为有效地方式，虽然现今一直处在低谷的时期，但是未来的发展前景十分广阔，风力发电技术也在逐渐的趋于成熟，世界装机容量以及发电量也在逐渐的加大，日后在发电市场也逐渐的会占有更大的比例。本文主要就是针对风力发电的并网接入及传输方式来进行分析。 关键词：风力发电；并网接入；传输方式 1、我国风力发电及并网发展情况 相关的数据充分的表明，2010年的中国风电累积装机容量达到了4182.7万KW，在超过了美国之后，已经跃居成为世界第一装机大国。但与此同时，风电的发电量只有500亿千瓦的时候，依据要比美国低，并网容量也只有吊装容量的三成左右，要比国际水平低出很多，这在很大程度之上严重的影响到了效益水平与风电效率的提高。中国的风电行业的风电行业的发展速度也是十分的迅猛，基本上是用到了5年的时间最终才实现了欧美发达国家将近30年的发展进程，在产业逐渐进步市场规模快速发展的同时，其面临的问题与挑战也逐渐的凸显出来。首先是中国风电装备的质量水平，其中包括了发电能力以及设备完好率等等均有待提高，其次就是吊装容量和并网容量之间的差别，和国际先进水平相比之下，还存在着较大差别。怎么从装机大国转变成为风电的利用大国，也就成为了我国目前面临的最大问题。 2、风电机组及其并网接入系统 2.1、同步发电机 在该结构之中，允许同步发电机以可变的速度运行，可以产生频率与可变电压的功率。以此来作为在并网发电的系统之中广泛应用的同步发电机，在运行的时候，不仅仅可以输出有功功率，而且还可以提供无功功率，且频率也是十分的稳定。对于由风力机驱动的同步发电机和电网并联运行的时候，就随机可以采用自动准同步并网以及自同步并网的方式。因为风电的电压、频率的不稳定性，一般就会使得应用前者并网相对比较困难；然而对于后者来说，因为并网的装置比较简单，最为常见的结构就是通过AC—DC—AC的整流逆变方式与系统进行并网，其原理结构如图1所示。 图1同步发电机并网结构 2.2、笼型异步发电机 我们由发电机的特点可以知道，为了电网并联，就务必要在异步发电机与风