風(fēng)電變流器關(guān)鍵技術(shù)2024目錄2分散式風(fēng)電應(yīng)用背景01變流器面臨的挑戰(zhàn)02變流器關(guān)鍵技術(shù)03總結(jié)與展望043分散式風(fēng)電應(yīng)用背景從新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展形態(tài)看，分散式風(fēng)電是國(guó)內(nèi)風(fēng)電發(fā)展到一定規(guī)模后的必然趨勢(shì)之一，這已經(jīng)成為行業(yè)的共識(shí)。2018年被喻為分散式風(fēng)電啟動(dòng)、發(fā)展的元年。4月3日，國(guó)家能源局再次更新發(fā)布了《分散式風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)暫行管理辦法》，對(duì)分散式風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)以及上網(wǎng)模式做出了明確的規(guī)定。分散式風(fēng)電接入要求：“一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，兩個(gè)基本面“35千伏及以下：35千伏及以下電壓等級(jí)接入的分散式風(fēng)電項(xiàng)目，應(yīng)充分利用現(xiàn)有變電站和配電系統(tǒng)設(shè)施，優(yōu)先以T或者π接的方式接入電網(wǎng)。110千伏：110千伏（東北地區(qū)66千伏）電壓等級(jí)接入的分散式風(fēng)電項(xiàng)目只能有1個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，且總?cè)萘坎粦?yīng)超過50兆瓦，接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理按照集中式風(fēng)電場(chǎng)執(zhí)行。關(guān)鍵點(diǎn)：接入電壓等級(jí)應(yīng)為110千伏及以下，并在110千伏及以下電壓等級(jí)內(nèi)消納，不向110千伏的上一級(jí)電壓等級(jí)電網(wǎng)反送電。分散式風(fēng)電應(yīng)用背景變電站容量：集中接入110KV變電站（與集中式并網(wǎng)類似）分散式風(fēng)電接入配電網(wǎng)模式35KV專線接入110KV變電站110KV變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)一般容量是50MVA或63MVA,也有在40MVA、31.5MVA或者20MVA，可以采用單主變或雙主變并列運(yùn)行，單主變?nèi)萘客ǔＴ?0MVA左右；35KV變電站的主變?nèi)萘恳话阍?0~10MVA；10KV變電站的主變?nèi)萘恳话阍?MVA；參考文獻(xiàn)：《基于PSASP的分散式風(fēng)電并網(wǎng)模式》分散式風(fēng)電應(yīng)用背景分散式風(fēng)電接入配電網(wǎng)模式35KV專線接入35KV變電站T接入35KV變電站參考文獻(xiàn)：《基于PSASP的分散式風(fēng)電并網(wǎng)模式》分散式風(fēng)電應(yīng)用背景分散式風(fēng)電特點(diǎn)總結(jié)裝機(jī)容量受配電網(wǎng)容量限制，最大為50MVA；先找網(wǎng)，再找負(fù)荷，再找風(fēng)，應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)有所局限；配電網(wǎng)中負(fù)載的影響，線路阻抗更為復(fù)雜：負(fù)荷的不確定性，線路阻抗的波動(dòng)范圍更寬，機(jī)組對(duì)電網(wǎng)阻抗適應(yīng)能力要更強(qiáng)；負(fù)荷的不對(duì)稱性，會(huì)導(dǎo)致三相線路阻抗不對(duì)稱，電網(wǎng)背景諧波不一致，電壓不平衡的幅值進(jìn)一步增大；配電網(wǎng)中負(fù)荷的影響導(dǎo)致潮流的問題，機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)的電壓波動(dòng)范圍會(huì)進(jìn)一步增大。目錄7分散式風(fēng)電應(yīng)用背景01變流器面臨的挑戰(zhàn)02變流器關(guān)鍵技術(shù)03總結(jié)與展望041、風(fēng)電機(jī)組的初始系統(tǒng)成本持續(xù)降本要求和整個(gè)生命周期中的收益率提升要求變流器面臨的挑戰(zhàn)風(fēng)電的競(jìng)價(jià)上網(wǎng)及平價(jià)上網(wǎng)要求；分散式風(fēng)電定制型開發(fā)及項(xiàng)目總裝機(jī)容量較小,設(shè)備外均攤成本較集中式高很多；收益率提升的要求，決定了除了要求風(fēng)電場(chǎng)初始建設(shè)成本盡可能控制外，要求風(fēng)電場(chǎng)整個(gè)生命周期中的機(jī)組運(yùn)維成本降低、發(fā)電量能有效提升等方面。分散式風(fēng)電項(xiàng)目單體容量相對(duì)較小、投資回收期長(zhǎng)，現(xiàn)金流和資金鏈面臨較大壓力，如何通過商業(yè)模式，以及技術(shù)的創(chuàng)新，使得投資者獲得可預(yù)計(jì)回報(bào)？2.風(fēng)電場(chǎng)阻抗特性變化導(dǎo)致的機(jī)組并網(wǎng)電流的高、低頻諧振問題并網(wǎng)電流的低次諧振并網(wǎng)電流的高次諧振變流器面臨的挑戰(zhàn)3、電網(wǎng)背景諧波導(dǎo)致的并網(wǎng)電流的諧波過大及諧振問題電網(wǎng)23次/25次背景諧波（機(jī)組未運(yùn)行）

機(jī)組并網(wǎng)電流、電網(wǎng)電壓保護(hù)瞬間（諧振波形）35KV側(cè)電網(wǎng)諧波數(shù)值（23次諧波含量達(dá)4.4%）變流器面臨的挑戰(zhàn)4、次同步諧振問題；5～20HZ左右（基本周期的2～10倍）案例1：2012年，河北沽源風(fēng)電場(chǎng)突然出現(xiàn)次同步振蕩并迅速發(fā)散特點(diǎn)：風(fēng)電場(chǎng)采用固定串補(bǔ)線路線路；10Hz左右，振蕩電流可達(dá)1.5p.u.；SSR發(fā)生在功率下降時(shí)。升壓站母線電壓幅值變流器面臨的挑戰(zhàn)變流器面臨的挑戰(zhàn)4、次同步諧振問題；5～20HZ左右（基波周期的2～10倍）案例2：2015年7月，新疆哈密地區(qū)某風(fēng)場(chǎng)發(fā)生次同步振蕩事故導(dǎo)致附近火電廠三臺(tái)660MW大機(jī)組跳閘。特點(diǎn)：1、次同步振蕩持續(xù)時(shí)間達(dá)數(shù)分鐘；2、次同步振蕩頻率與火電機(jī)組扭振模態(tài)頻率相近時(shí)易引起共振。5、電網(wǎng)電壓不平衡控制問題變流器面臨的挑戰(zhàn)目錄14分散式風(fēng)電應(yīng)用背景01變流器面臨的挑戰(zhàn)02變流器關(guān)鍵技術(shù)03總結(jié)與展望041、系統(tǒng)降本要求及收益率系統(tǒng)降本及收益率提升方案：提升功率等級(jí)，加大功率密度，降低單瓦成本；提升電壓，降低電流，擴(kuò)大功率器件選型范圍；優(yōu)化散熱方式，降低配套直材成本；增進(jìn)機(jī)組一體化設(shè)計(jì)。一體化設(shè)計(jì)壓縮成本變流器關(guān)鍵技術(shù)一體化機(jī)風(fēng)能變流器塔基主控柜輔助變壓器冷卻系統(tǒng)變流器關(guān)鍵技術(shù)帶雙模控制功能的低壓三電平雙饋機(jī)組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖定子中壓雙饋機(jī)組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖低壓風(fēng)電機(jī)組的額定電壓提升1、系統(tǒng)降本要求及收益率要求低壓三電平全功率變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2、機(jī)組的電網(wǎng)阻抗適應(yīng)性問題；阻抗穩(wěn)定性判據(jù):通過調(diào)整Zg(s)/Zo(s)滿足Nyquist判據(jù)，來實(shí)現(xiàn)電流源并網(wǎng)模式的穩(wěn)定性。并且，當(dāng)滿足幅值條件（|Zg|<|Zo|）,此時(shí)直接滿足逆變器穩(wěn)定性；當(dāng)幅值條件不滿足時(shí)，需要考慮相位條件。如上面右圖所示。雙饋機(jī)組模型阻抗穩(wěn)定性判據(jù)電網(wǎng)模型變流器關(guān)鍵技術(shù)3、風(fēng)能變流器需具備更強(qiáng)的電網(wǎng)背景諧波適應(yīng)能力，同時(shí)需要具備諧波補(bǔ)償功能在分散式機(jī)組中，考慮配電網(wǎng)系統(tǒng)中復(fù)雜的負(fù)載特性，風(fēng)能變流器網(wǎng)側(cè)濾波器拓?fù)鋵⒂锌赡苄枰鋈缦赂倪M(jìn)：常規(guī)的LCL方案（變壓器副邊漏感作為網(wǎng)側(cè)變流器外側(cè)濾波電感）LLCL或LL方案（變壓器副邊漏感作為網(wǎng)側(cè)變流器外側(cè)濾波電感）更強(qiáng)的電網(wǎng)諧波適應(yīng)能力變流器關(guān)鍵技術(shù)3、風(fēng)能變流器需具備更強(qiáng)的電網(wǎng)諧波適應(yīng)，同時(shí)需要具備諧波補(bǔ)償功能諧波補(bǔ)償功能電阻型虛擬諧波阻抗結(jié)構(gòu)示意圖復(fù)合型虛擬諧波阻抗控制框圖變流器關(guān)鍵技術(shù)并網(wǎng)電流平衡控制：交流側(cè)瞬時(shí)有功功率中存在2次脈動(dòng)，直流側(cè)電壓中出現(xiàn)2次諧波；功率平衡控制：控制直流側(cè)電壓無脈動(dòng)，由于控制自由度限制，若抑制了直流側(cè)電壓的脈動(dòng)，必然要犧牲輸出電流的平衡。兩種控制方法優(yōu)缺點(diǎn)是互補(bǔ)的，實(shí)際中應(yīng)當(dāng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，功率平衡控制電流平衡控制4、機(jī)組的電網(wǎng)電壓不平衡要求變流器關(guān)鍵技術(shù)5、電網(wǎng)低電壓故障穿越能力及精準(zhǔn)防孤島要求分散式機(jī)組低電壓故障穿越要求防孤島要求：應(yīng)具備快速監(jiān)測(cè)孤島運(yùn)行狀況，具備立即斷開與電網(wǎng)連接的能力。防孤島保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間能做到精準(zhǔn)設(shè)置，同時(shí)孤島保護(hù)應(yīng)與配電網(wǎng)線路重合閘、備自投等自動(dòng)裝置配合整定。LVRT要求：變流器關(guān)鍵技術(shù)6、電網(wǎng)電壓幅值穩(wěn)定控制能力及更強(qiáng)的無功要求帶分散式風(fēng)電系統(tǒng)配電網(wǎng)簡(jiǎn)圖分散式風(fēng)電機(jī)組無功出力范圍（標(biāo)準(zhǔn)討論稿）分散式風(fēng)電并網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定電壓在85%～110%標(biāo)稱電壓之間變流器關(guān)鍵技術(shù)目錄23分散式風(fēng)電應(yīng)用背景01變流器面臨的挑戰(zhàn)02變流器關(guān)鍵技術(shù)03總結(jié)與展望04總結(jié)與展望電網(wǎng)適應(yīng)能力接入配電網(wǎng)，機(jī)組要求適配的變流器對(duì)電網(wǎng)阻抗適應(yīng)、電網(wǎng)諧波適應(yīng)等提出了更高的要求；在弱網(wǎng)或者分散式系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速性需要權(quán)衡考慮。智能化在線調(diào)整變流器的輸出阻抗幅值和相位的能力，將有可能是標(biāo)配要求；成本控制能力根據(jù)分散式風(fēng)