风电场直流系统讲解

风力发电系统中直流输电技术应用探讨随着装机容量的提升，大规模风力发电并网给系统带来的影响及现阶段存在的问题也越来越受到人们的重视。

电压源型直流输电技术VSC-HVDC（V oltage Sourced ConverterBasedHVDC）在国内也被称为柔性直流输电技术，是解决大规模风电并网问题的一个重要手段。

由于柔性直流输电自身灵活控制潮流和交流电压的功能，对系统短路比无影响，所以可将它放置在系统薄弱环节以增强系统稳定性，适合于向远地负载、小岛、海上钻井等孤立网络供电，尤其适合用于风力发电系统。

因此，在风力发电中应用基于电力电子技术的柔性直流输电技术，能使其在风电并网及正常运行中发挥重要作用。

随着大功率电力电子器件的发展，柔性直流输电传输容量进一步增大，柔性直流输电自身的诸多优点使得它在电力系统中有着广泛的应用前景。

标签：风力发电；直流输电；应用1、直流输电技术原理电压源换流器与交流系统之间具有关联性，可以按照以下公式计算交换无功功率和有功功率：式当，P表示有功功率；Q表示无功功率；Us表示交流母线的电压基波分量；Uc表示交流站的輸出电压基波分量；Xc表示交流电抗器的电抗值。

从上式可以看出，移相角数值的大小可以决定有功功率的大小，如果移相角>0时，有功功率也>0，反之则小于，换流器会持续接收有功功率。

按照其工作原理可以看出，为了控制无功功率，并且对其方向和大小进行调整时，首先需要调整交流母线的电压基波分量和交流站的输出电压基波分量，当交流母线的电压基波分量和交流站的输出电压基波分量大于0时，其无功功率也会大于0，这样换流站就能够吸收无功功率。

2、直流输电技术的特点直流输电中的换流器是电压源换流器（VSC），该项技术是当前比较先进的电力电子技术，主要是通过可关断电力电子器件（通常为IGBT）和高频调节技术形成新型直流输电技术，能够独立控制输出的有功功率和无功功率，能够为交流系统提供电压奠定基础，具有较大的控制调整空间，便于操作。

风电场 220V直流系统正极接地故障处理方法探讨摘要：风电场220V直流系统正极一点接地故障是不会对直流系统造成危害的，但是必须及时消除故障，如果直流系统发展为两点或者多点接地故障，会造成整个风电场甚至电网的断路器误动、拒动的情况，严重破坏电力系统安全、稳定、可靠运行要求。

本文探讨风电场220V直流系统正极一点接地故障后，采用依次拉路法逐步排查故障点、及时消除故障，确保风电场设备安全、稳定、可靠运行。

关键词：风电场；直流系统；误动；拒动；正极接地；故障处理一．风电场直流系统概述中广核新能源投资有限公司湖北分公司擂鼓台风电场220V直流系统有3个充电模块。

每块充电模块输出电流为20A。

蓄电池为山东圣阳产品,电池配备一套共104节，容量为每套200AH。

控制主柜一套为2个屏，分别为充电屏、馈线屏。

正常运行方式：充电模块视各自控母电流而定，其原则上所投充电模块输出电流要比控母电流指示多一倍为宜。

1.直流系统接地的危害风电场220V直流系统正极一点接地故障是不会对直流系统造成危害的，但是必须及时消除故障，如果直流系统发展为两点或者多点接地故障，会造成整个风电场甚至电网稳定性破坏。

当直流系统正极接地时，有可能造成风电场内断路器的误动，因为风电场内断路器的跳闸线圈均接断路器控制回路负极电源，如果风电场断路器直流控制回路再发生一点接地故障，断路器跳闸线圈就会直接接于直流正、负极电源之间，电流流过断路器跳闸线圈，断路器跳闸线圈励磁动作就会引起保护误动作。

1.故障现象2015年6月19日18时20分风电场升压站事故音响报警，后台监控主机显示“直流母线故障”光字牌亮，220V直流系统绝缘监察装置显示升压站220V直流系统接地故障报警，绝缘监测装置显示升压站220V直流系统正极对地电阻为0Ω，220V直流系统负极对地电阻为999MΩ，使用万用表测量220V直流系统正极对地电压为0V，220V直流系统负极对地电压为-220V。

1风电发展概述21世纪初，欧洲和北美洲是全球风电发展最快的地区，近年来亚洲风电快速崛起，逐渐成为风电的主要市场。

2013年，世界风电装机容量为3.2亿千瓦，约占发电总装机容量的5.6%；风电发电量约为6400亿千瓦.时，约占总发电量的2.9%。

2000-2013年，世界风电总装机容量和发电量均增长17倍，年均增长25%。

目前，全球已有103个国家和地区在开发和利用风电，特别是欧美国家风电已经占到较高比例——风电已成为丹麦和西班牙的最大电源，风电占用量比重分别达34%、21%。

随着风力发电快速、成熟的发展,很多国家已经将目光移向海上风力发电。

海上风电凭借其天然优势得以迅速发展。

现如今，大型风电场正从陆地向海上发展。

相比陆上风电场，近海发电有：1)海上风速较陆上大且稳定，一般陆上风电场设备的平均利用小时数为 2000 h，在最好的情况下也不超过 2600 h，而在海上，设备的平均利用小时数则可达 3000 h 以上，风能与风速的三次方成正比，当风速增加 10%时，风能将会增加 33%；2)节约土地资源，减少噪声及对公众视觉的冲击；3)湍流强度低，海平面摩擦力小，作用在风电机组上的疲劳载荷小，可延长设备的使用寿命，基础也可重复利用，设计寿命可达 50 多年；4)风切度小，不需要很高的塔架，可以降低风电机组的成本。

总之，海上风能利用更加充分,其能量收益比沿海风资源丰富地区陆地风机高出 20% ～40%。

同时，开发海上风电场也有一些缺点，包括：1)由于海上环境恶劣，建造和安装成本高，近海风电投资成本比是陆地的一倍(达 2 万元/k W),其中,风机(含塔架)占 58% ,基础占 20% ,电气系统占 16%,项目管理占 4% ,其他占 2%。

2)电网接入集成成本高；3)对机组的运行及维护相对比较困难，直接导致机组可利用率下降，影响发电量。

2VSC-HVDC在风电并网中的应用风能是一种清洁、高效、且具有大规模开发潜力的优质可再生能源之一，因此，风力发电技术在世界范围内得到了普遍的关注与飞速的发展。

01直流系统概述Chapter直流系统定义及作用定义作用直流系统组成与结构组成结构直流系统工作原理放电过程充电过程当交流电源失电或发生故障时，蓄电池组通过放电向负载提供电能，确保电厂重要负荷的持续供电。

保护功能02电厂中直流系统应用Chapter发电厂中直流系统作用直流电源类型及特点蓄电池组01硅整流器02直流-直流变换器（DC/DC）03直流负载分类与特点控制负载保护负载信号负载自动装置负载事故照明负载03直流系统设备介绍Chapter010405 0206 03铅酸蓄电池历史悠久、技术成熟，但体积大、重量重。

镍镉蓄电池耐过充过放，但记忆效应明显。

•锂离子电池：体积小、重量轻、无记忆效应，但价格较高。

工作原理铅酸蓄电池通过正负极板上的活性物质与电解液中的硫酸发生化学反应，将化学能转换为电能。

镍镉蓄电池和锂离子电池则通过正负极材料之间的锂离子迁移实现充放电过程。

功能为控制、信号、保护等回路提供可靠的直流电源。

监测直流系统电压、电流等参数，确保系统稳定运行。

1 2 304直流系统运行与维护Chapter投入直流系统前，应检查蓄电池组电压正常，极性正确，01 02 03•处理完故障后，应对系统进行全面检查，确保无其他隐患。

01故障处理方法02对于整流器故障，应先切断故障整流器电源，然后更换备用整流器或维修故障整流器。

03对于蓄电池组故障，应先切断蓄电池组电源，然后检查蓄电池组电压、单体电池电压等参数，找出故障原因并进行处理。

04对于其他故障，应根据具体情况采取相应的处理措施。

01 02 0301预防性维护计划020304制定详细的预防性维护计划表，明确维护项目、维护周期和维护标准。

按照计划表定期对直流系统进行预防性维护，并记录维护情况。

根据维护情况及时调整预防性维护计划表，确保系统始终处于良好状态。

05直流系统安全与防护Chapter安全用电常识和规定遵守安全用电规定使用电气设备前，必须了解相关安全用电规定，确保正确使用。

直流系统运行规程1 系统概况华能大理五子坡风电场直流系统采用微机型直流成套装置，蓄电池组和充电装置采用双套配置。

直流母线为单母线分段接线，每段各带一组蓄电池和充电装置。

系统共10 面屏，布置在继电保护室，其中包括 4 面直流馈电屏，2 面整流充电屏，4 面蓄电池屏，配置微机监控器、绝缘监察装置。

蓄电池采用阀控式密封铅酸蓄电池，单体电池2V，250AH，每组104 只，共两组。

每套充电装置采用20A 高频开关整流模块，以3+1 个模块冗余配置，并以并联方式运行。

直流系统具有四遥功能，留有与监控系统通信的数字接口。

通信直流系统48V，蓄电池每组24只，共2组，蓄电池容量300Ah。

蓄电池以浮充方式为正常运行方式。

直流系统以单母线分段运行，辐射状供电给负荷。

2 直流系统设备及蓄电池组投运应具备的条件2.1 蓄电池组投入运行应具备的条件2.1.1 蓄电池周围温度应保持在5℃～35℃之间，并保持良好的通风和照明；2.1.2 蓄电池的外壳完好，无裂纹和破损现象；2.1.3 蓄电池的接线端子接触牢固、紧密，无松动现象；2.1.4 蓄电池的连接导线外绝缘良好，无腐蚀损坏现象；2.1.5 经更换或定期充放电的蓄电池端电压及容量符合运行要求。

2.2 充电装置及电源屏投入运行应具备的条件2.2.1 盘、屏接线正确、完整，各端子接线良好，无松动脱落现象；2.2.2 回路绝缘良好，绝缘最低不小于10MΩ；2.2.3 装置的定值整定正确，装置的传动试验动作正确；2.2.4 装置电源正常，熔断器的熔丝容量配置符合要求；2.2.5 装置投电后，各位置信号灯指示正确，各仪表指示准确；2.2.6 盘、屏的基础安装牢固、可靠，接地良好；2.2.7 盘、屏前后可开启的门开闭自由，电缆孔洞封堵严密。

3 直流系统运行方式3.1 正常运行方式吧3.1.1 华能大理五子坡风电场升压站2组220V蓄电池，采用动力和控制混合供电方式。

直流系统采用单母线分段接线，两组蓄电池配2套充电装置，两段母线之间设相互闭锁的联络开关。

繁峙韩庄风电场直流系统一、直流系统基础知识1、直流电源系统的重要作用直流系统是给信号及远动设备、保护及自动装置、事故照明、断路器(隔离开关）分合闸操作提供直流电源的电源设备。

直流系统是一个独立的电源,在外部交流电中断的情况下,由后备电源—蓄电池提供直流电源,保障系统设备正常运行。

直流系统的用电负荷极为重要、对供电的可靠性要求较高。

直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一。

2、直流系统的几个基本概念(1）、直流母线：直流电源屏内的正、负极主母线.（2）、合闸母线:直流电源屏内供断路器合闸机构等动力负荷的直流母线.（3）、控制母线：直流电源屏内供保护及自动控制装置、控制信号回路等直流母线。

（4）、直流馈线:直流馈线屏至直流小母线和直流分电屏的直流电源电缆.合闸母线与控制母线的区别（1）、控制母线提供持续的较小负荷的直流电源；合闸母线提供瞬时较大的电源，平时无负荷电流。

在合闸时电流较大，会造成母线电压短时下降。

（2）、控制母线电压一般为220V，合闸母线电压稍微高些为240V。

3、为了防止直流系统遭受电极腐蚀常常采用正极接地。

二、现场装置介绍组成和认识华能繁峙韩庄风电场直流系统包括整流馈电屏、蓄电池屏、微机监控装置、绝缘监察装置、蓄电池巡检装置、蓄电池等，直流母线电压220V，蓄电池每组103只，共2组，蓄电池容量350Ah。

蓄电池以浮充方式为正常运行方式。

直流系统以单母线分段运行，辐射状供电给负荷。

三、直流系统运行操作规程1 直流系统的投入a 合上交流空气开关，接通交流电源;b 合上充电柜背面充电熔断器,合上蓄电池的熔断器；c 依次合上充电模块交流空开，插上充电模块上交流、直流插头，给充电模块送电;d 合上馈电屏背面的绝缘检测仪开关；e 投入馈电母线,若充电电流大于0.06C10设定值(C10为电池容量），则系统进入均充状态（一般242V），当充电电流小于0.01C10设定值，系统开始计时（3小时）,时间到时，系统进入浮充状态（一般230V)；f 依次合上馈电屏相应负载空开。

直流系统运行规程1 系统概况华能大理五子坡风电场直流系统采用微机型直流成套装置，蓄电池组和充电装置采用双套配置。

直流母线为单母线分段接线，每段各带一组蓄电池和充电装置。

系统共10 面屏，布置在继电保护室，其中包括 4 面直流馈电屏，2 面整流充电屏，4 面蓄电池屏，配置微机监控器、绝缘监察装置。

蓄电池采用阀控式密封铅酸蓄电池，单体电池2V，250AH，每组104 只，共两组。

每套充电装置采用20A 高频开关整流模块，以3+1 个模块冗余配置，并以并联方式运行。

直流系统具有四遥功能，留有与监控系统通信的数字接口。

通信直流系统48V，蓄电池每组24只，共2组，蓄电池容量300Ah。

蓄电池以浮充方式为正常运行方式。

直流系统以单母线分段运行，辐射状供电给负荷。

2 直流系统设备及蓄电池组投运应具备的条件2.1 蓄电池组投入运行应具备的条件2.1.1 蓄电池周围温度应保持在5℃～35℃之间，并保持良好的通风和照明；2.1.2 蓄电池的外壳完好，无裂纹和破损现象；2.1.3 蓄电池的接线端子接触牢固、紧密，无松动现象；2.1.4 蓄电池的连接导线外绝缘良好，无腐蚀损坏现象；2.1.5 经更换或定期充放电的蓄电池端电压及容量符合运行要求。

2.2 充电装置及电源屏投入运行应具备的条件2.2.1 盘、屏接线正确、完整，各端子接线良好，无松动脱落现象；2.2.2 回路绝缘良好，绝缘最低不小于10MΩ；2.2.3 装置的定值整定正确，装置的传动试验动作正确；2.2.4 装置电源正常，熔断器的熔丝容量配置符合要求；2.2.5 装置投电后，各位置信号灯指示正确，各仪表指示准确；2.2.6 盘、屏的基础安装牢固、可靠，接地良好；2.2.7 盘、屏前后可开启的门开闭自由，电缆孔洞封堵严密。

3 直流系统运行方式3.1 正常运行方式吧3.1.1 华能大理五子坡风电场升压站2组220V蓄电池，采用动力和控制混合供电方式。

直流系统采用单母线分段接线，两组蓄电池配2套充电装置，两段母线之间设相互闭锁的联络开关。