大规模集中风力发电中的电力电子技术

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1、大规模集中风力发电中的电力电子技术上海交大风力发电研究中心蔡旭xucai@sjtu.edu.cn全球巨大的市场与发展潜力2008年底，全球总装机容量121GW，预计到2020年将超过1500GW,12%中国风能资源目前国内风电分布中国风电装机预测预测到2020年全国风电总装机将达到10000--15000万千瓦,成为第三大能源。中国2008年电力总装机约7亿千瓦，风电总装机1324万千瓦，预计09年后装机速度1000万/年。2020年风电达到世界电力总量的12％，2008年重新修正为20%。大型风电基地建设规划吉林西部2300万蒙西、蒙东合计5780万新

2、疆哈密1080万Northeastpowergrid东北电网Northwestpowergrid河北1200万西北电网NorthChinapowergrid华北电网江苏沿海1000万Tibet西藏EastChinapowergridCentralChinapowergrid华东电网华中电网甘肃酒泉1270万SouthChinapowergrid南方电网Taiwan台湾千万千瓦风电基地特点：大规模开发、集中并网中国风电的特殊性陆上风资源相对集中在较小的区域范围陆上风能规模性开发（7个千万千瓦基地）陆上风能远离负荷中心，风能不能被本地销纳海上风能更适合规模、

3、集中开发电网需要输送和销纳大范围波动的、超大功率的电能柔性直流输电更适合输送大范围波动的、超大功率的电能风能的特点风能体现为随机性、间歇性、不稳定性一种风速下有一个最佳转速，使风能捕获最多需要需要有功、无功功率控制变速发电运行负荷风电1天风电技术的发展大功率电力电风力发电技术从子变流技术定桨距恒速恒频变桨距变速恒频功率平稳控制（有功有限调度、无功电压控制、电网故障穿越）大规模风电输送与分配目的•最大风能捕获，提高风能采集、利用程度，提高风电机组运行效率•提高机组对电网的适应性，对电网更友好风力发电方式离网型全功率变换机组并网型小功率变换型机组双绕组感应电

4、机直接并网感应电机全功率变换发电双馈感应电机小功率变换发电无齿轮箱直驱全功率变换风机高速永磁发电机全功率变换发电集成齿轮永磁全功率变换发电风电机组中的电力电子技术风电变流器是机组发电功率平稳控制的关键稳态时的P-Q解耦控制,具有无功控制能力、有功调度能力电网故障时的故障穿越能力、网侧变换器STATCOM运行更好的无功响应控制策略：矢量控制、直接转矩控制目前690V、0.5-6MW、PWM开关频率1-3k变速风力发电功率与风速的关系启动区恒功率区最大风能捕获区降额功率输出区恒速区停止区功率与风速关系曲线内部交流连接、风电场交流并网风电场经柔性直流接入电网风

5、电场柔性直流电力系统ConverterGPowerplantTransmissionSystemGHVDCG直流并网风场内部接线方案每个风机使用升压变压器，减小减少变压器的数量，线路损耗增加线路上的损耗内部组建直流网络，大功率DC/DC实现多端直流输出，减小线路损难度较大，对于同步发电机不同风速输耗，减少变压器。用于SCIG可出电压不同，要求DC/DC的调节范围较减掉一半容量的变换器大，而异步电机需要定向电压。风场并网中的电力电子技术交流并网面临的问题：输电功率的大幅度波动，满载时额定电压、低载时工频过电压、需要电感补偿远距离、高压大规模交流输送0-10

6、0%额定功率变化的电能，可调高抗面临技术难题海地电缆线路中间增设补偿电感投资增加VSC直流的优点：不存在上述问题P-Q解耦控制、黑启动风场的低电压穿越问题由VSC直流输电解决，对风电机组的要求降低三种主要的输电技术HVAC电网LCC-HVDCVSC-HVDC三种输电性能比较HVACLCC-HVDCVSC-HVDC线路特性阻性﹑感性﹑容性阻性阻性与电网的关系耦合隔离隔离无功补偿设备需要需要不需要黑启动功能有无有辅助设备不需要低风速需要低风速需要安装面积小大中海上风电场运用小的安装较多没有有试验工程损耗比较HVAC的损耗包括变压器和电缆，电缆在海水中寄生电容

7、相对较大，所以电缆损耗占主要部分，超过80%，电压等级越高情况越严重；LCC-HVDC和VSC-HVDC的损耗：变换器约占70-80%；VSC-HVDC在功能上和安装上优于LCC-HVDC，对于海上风电场一般使用前者除了损耗外还要考虑经济性，综合成本﹑安装成本等因素一般认为超过100km，VSC-HVDC的经济性好于HVAC，对于风电来讲50km就可以考虑。两种换流站类型HVDCLight(ABB)ABB公司在工程上使用模块化结构的StakPakTM-IGBT，它由sub-module组合构成，一个sub-module由6个IGBT和3个二极管构造成，应

8、用上相当于一个IGBT。HVDCPLUS(SIEMENS)SIEMENS公司采用