風電機組集成電氣系統分析應用2024年7月18日目錄2風電機組集成電氣系統分析第一部分發電量提升第二部分可靠性提升第三部分應用及結論第三部分一、風電機組集成電氣系統分析3整合電氣傳動鏈各單元建立模型，在整機電氣模型的基礎上分析損耗構成，建立全運行范圍效率Map圖；發現雙饋機組在中低風速段發電效率較差。一、風電機組集成電氣系統分析4低風速下效率差主要由于最低并網轉速存在導致葉片能量捕獲效率差，由于雙饋電機鐵耗固定占比大，最低并網轉速還導致傳動鏈摩擦損耗占比大。整機集成電氣模型分析表明，在小風段降低雙饋機組的最低并網轉速、減少電機鐵耗有利于機組發電效率提升。機械損耗大變流器損耗大風能捕獲效率差發電機電磁損耗占比大冷卻系統自耗電占比大雜散損耗占比大雙饋機組最低并網轉速限制了風輪空氣動力性能發揮，低風速時Cp較差小功率運行時仍需保持較高的轉速，導致齒輪箱、發電機等部件機械損耗占比大小功率運行時，變流器仍需輸出較大勵磁電流，變流器損耗占比大低風速效率差的原因一、風電機組集成電氣系統分析5在整機電氣模型基礎上，建立全場電氣模型，集成系統分析表明場級損耗主要于在箱變、線路等單元固有感性屬性引起額外輸電損耗和無功補償裝置SVG/SVC的運行損耗。一、風電機組集成電氣系統分析6單臺機組通過適當的無功調度，既能補償輸電過程中產生的感性無功，提升輸電效率，還能提供足夠無功，使SVG/SVC無需投運產生額外損耗。目錄7風電機組集成電氣系統分析第一部分發電量提升第二部分可靠性提升第三部分應用及結論第三部分二、發電量提升8集成電氣系統分析計算和在此基礎上的各類仿真分析，為電氣傳動鏈維度提升發電量提供基礎，主要從如下5方面提升發電量：1、超級雙饋；2、虛擬電阻；3、新型變流器控制策略；4、額定功率拓展；5、最優傳輸運行策略和場內損耗優化。二、發電量提升9發電量提升1__超級雙饋

：由集成系統分析計算可知，雙饋機組在低風速下風能利用率Cp與理想值差距較大，根本原因在于雙饋機組的調速范圍受限。空氣密度1.225kg/m3，年平均風速6m/s，威布爾分布（k=2）二、發電量提升10發電量提升1__超級雙饋：通過在低風速下將電機由三角連接轉換為星型連接，降低主磁通，從而拓展雙饋系統調速范圍，將真實Cp向理想Cp靠近。二、發電量提升11發電量提升1__超級雙饋：采用超級后，從提升低風速Cp、降低發電系統電磁損耗、降低傳動鏈機械損耗、減少自耗電等方面增加發電量；二、發電量提升12發電量提升1__超級雙饋

：現場實測功率曲線和整機效率提升如上；基于等時間片切換的實測數據表明，對于年平均風速5m/s的機組，發電量提升比例為3%。二、發電量提升13發電量提升2__虛擬電阻：對于電氣傳動鏈中采用RC濾波回路的機組，損耗約為3kW，通過虛擬電阻技術，將實體電阻的功能由軟件實現，從而減少電阻損耗提升發電量。二、發電量提升14發電量提升2__虛擬電阻：實測數據表明提升發電量0.6%。二、發電量提升15發電量提升3__優化變流器控制策略：通過優化變流器IGBT的開關頻率、直流電壓利用率、最小脈寬等，減少IGBT器件的運行損耗，全運行范圍內，損耗減少2-3.3kW，同時還顯著降低機側變流器溫升，改善變流器過溫問題。二、發電量提升16發電量提升3__優化變流器控制策略：通過減少變流器模塊損耗從而提升發電量，年發電量提升約0.6%。二、發電量提升17發電量提升4__額定功率擴展：絕大多數場址、機位的風況、湍流、載荷等均未達設計限；通過優化整機運行策略、提高機側變流器調制比、優化機側功率因數、限定電氣系統安全工作條件等措施，使整機具備功率擴展能力；依據機位點具體風速、湍流等，將機組額定功率由1.5MW擴展到1.6MW，部分機位可以進一步擴展到1.8MW。二、發電量提升18發電量提升4__額定功率擴展：通過擴展機組額定功率，提升高風速段發電量；WT1500機型、標準空氣密度，額定功率由1.5MW提升到1.6MW，年平均風速5m/s機組，發電量提升2%年平均風速7m/s機組，發電量提升3%。額定功率擴展二、發電量提升19發電量提升5__場內損耗優化：風電機組從箱變入口將有功傳輸至并網點，由于各個節點功角變化，產生無功形成額外損耗；同時為了滿足入網要求風電場SVG/SVC將有功轉換為無功產生運行損耗。二、發電量提升20發電量提升5__場內損耗優化：通過最優無功運行策略，使傳輸效率最優，同時滿足并網點關于功率因數的需求，SVG/SVC無需投入運行。通過減少風電場內部輸電損耗和無功補償裝置的運行損耗提升入網電量，典型值為1-3%。目錄21風電機組集成電氣系統分析第一部分發電量提升第二部分可靠性提升第三部分應用及結論第三部分三、可靠性提升22變流器故障長期占據風電機組故障率前三，雙饋電機本質是感應繞線異步電機，具備異步電機的基本特性。故障率高三、可靠性提升23現狀：發電是風電機組最根本的性能，現狀是變流器故障后風電機組只能停機，失去發電功能。新功能：變流器故障后，將雙饋電機轉換為繞線異步電機，雙饋機組轉換為變槳定速機組，仍然具備發電功能，發電量為正常狀態下60%以上。三、可靠性提升24虛擬電阻技術：通過虛擬電阻技術，將實體電阻的功能由軟件實現，極大減少濾波回路故障，降低運維成本，提升機組可靠性。虛擬電阻目錄25風電機組集成電氣系統分析第一部分發電量提升第二部分可靠性提升第三部分應用及結論第三部分四、應用及結論26提升發電量提升項點提升比例可變拓撲運行策略(超級雙饋)3%虛擬電阻0.6%新型變流器控制策略0.6%額定功率拓展2-3%最優傳輸運行策略和場內損耗優化1%-3%總計7.2%-10.2%四、應用及結論27可靠性提升提升項點原狀態現狀態變流器容錯停機，失去發電功能，從電網消耗電能轉換為變槳定速機組，仍然正常發電。虛擬電阻某風場全