2024風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析應(yīng)用

風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析應(yīng)用2024年7月18日目錄2風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析第一部分發(fā)電量提升第二部分可靠性提升第三部分應(yīng)用及結(jié)論第三部分一、風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析3整合電氣傳動(dòng)鏈各單元建立模型，在整機(jī)電氣模型的基礎(chǔ)上分析損耗構(gòu)成，建立全運(yùn)行范圍效率Map圖；發(fā)現(xiàn)雙饋機(jī)組在中低風(fēng)速段發(fā)電效率較差。一、風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析4低風(fēng)速下效率差主要由于最低并網(wǎng)轉(zhuǎn)速存在導(dǎo)致葉片能量捕獲效率差，由于雙饋電機(jī)鐵耗固定占比大，最低并網(wǎng)轉(zhuǎn)速還導(dǎo)致傳動(dòng)鏈摩擦損耗占比大。整機(jī)集成電氣模型分析表明，在小風(fēng)段降低雙饋機(jī)組的最低并網(wǎng)轉(zhuǎn)速、減少電機(jī)鐵耗有利于機(jī)組發(fā)電效率提升。機(jī)械損耗大變流器損耗大風(fēng)能捕獲效率差發(fā)電機(jī)電磁損耗占比大冷卻系統(tǒng)自耗電占比大雜散損耗占比大雙饋機(jī)組最低并網(wǎng)轉(zhuǎn)速限制了風(fēng)輪空氣動(dòng)力性能發(fā)揮，低風(fēng)速時(shí)Cp較差小功率運(yùn)行時(shí)仍需保持較高的轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致齒輪箱、發(fā)電機(jī)等部件機(jī)械損耗占比大小功率運(yùn)行時(shí)，變流器仍需輸出較大勵(lì)磁電流，變流器損耗占比大低風(fēng)速效率差的原因一、風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析5在整機(jī)電氣模型基礎(chǔ)上，建立全場(chǎng)電氣模型，集成系統(tǒng)分析表明場(chǎng)級(jí)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(bǔ)償裝置SVG/SVC的運(yùn)行損耗。一、風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析6單臺(tái)機(jī)組通過適當(dāng)?shù)臒o功調(diào)度，既能補(bǔ)償輸電過程中產(chǎn)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(yùn)產(chǎn)生額外損耗。目錄7風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析第一部分發(fā)電量提升第二部分可靠性提升第三部分應(yīng)用及結(jié)論第三部分二、發(fā)電量提升8集成電氣系統(tǒng)分析計(jì)算和在此基礎(chǔ)上的各類仿真分析，為電氣傳動(dòng)鏈維度提升發(fā)電量提供基礎(chǔ)，主要從如下5方面提升發(fā)電量：1、超級(jí)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(yōu)傳輸運(yùn)行策略和場(chǎng)內(nèi)損耗優(yōu)化。二、發(fā)電量提升9發(fā)電量提升1__超級(jí)雙饋

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

：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)功率曲線和整機(jī)效率提升如上；基于等時(shí)間片切換的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，對(duì)于年平均風(fēng)速5m/s的機(jī)組，發(fā)電量提升比例為3%。二、發(fā)電量提升13發(fā)電量提升2__虛擬電阻：對(duì)于電氣傳動(dòng)鏈中采用RC濾波回路的機(jī)組，損耗約為3kW，通過虛擬電阻技術(shù)，將實(shí)體電阻的功能由軟件實(shí)現(xiàn)，從而減少電阻損耗提升發(fā)電量。二、發(fā)電量提升14發(fā)電量提升2__虛擬電阻：實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明提升發(fā)電量0.6%。二、發(fā)電量提升15發(fā)電量提升3__優(yōu)化變流器控制策略：通過優(yōu)化變流器IGBT的開關(guān)頻率、直流電壓利用率、最小脈寬等，減少IGBT器件的運(yùn)行損耗，全運(yùn)行范圍內(nèi)，損耗減少2-3.3kW，同時(shí)還顯著降低機(jī)側(cè)變流器溫升，改善變流器過溫問題。二、發(fā)電量提升16發(fā)電量提升3__優(yōu)化變流器控制策略：通過減少變流器模塊損耗從而提升發(fā)電量，年發(fā)電量提升約0.6%。二、發(fā)電量提升17發(fā)電量提升4__額定功率擴(kuò)展：絕大多數(shù)場(chǎng)址、機(jī)位的風(fēng)況、湍流、載荷等均未達(dá)設(shè)計(jì)限；通過優(yōu)化整機(jī)運(yùn)行策略、提高機(jī)側(cè)變流器調(diào)制比、優(yōu)化機(jī)側(cè)功率因數(shù)、限定電氣系統(tǒng)安全工作條件等措施，使整機(jī)具備功率擴(kuò)展能力；依據(jù)機(jī)位點(diǎn)具體風(fēng)速、湍流等，將機(jī)組額定功率由1.5MW擴(kuò)展到1.6MW，部分機(jī)位可以進(jìn)一步擴(kuò)展到1.8MW。二、發(fā)電量提升18發(fā)電量提升4__額定功率擴(kuò)展：通過擴(kuò)展機(jī)組額定功率，提升高風(fēng)速段發(fā)電量；WT1500機(jī)型、標(biāo)準(zhǔn)空氣密度，額定功率由1.5MW提升到1.6MW，年平均風(fēng)速5m/s機(jī)組，發(fā)電量提升2%年平均風(fēng)速7m/s機(jī)組，發(fā)電量提升3%。額定功率擴(kuò)展二、發(fā)電量提升19發(fā)電量提升5__場(chǎng)內(nèi)損耗優(yōu)化：風(fēng)電機(jī)組從箱變?nèi)肟趯⒂泄鬏斨敛⒕W(wǎng)點(diǎn)，由于各個(gè)節(jié)點(diǎn)功角變化，產(chǎn)生無功形成額外損耗；同時(shí)為了滿足入網(wǎng)要求風(fēng)電場(chǎng)SVG/SVC將有功轉(zhuǎn)換為無功產(chǎn)生運(yùn)行損耗。二、發(fā)電量提升20發(fā)電量提升5__場(chǎng)內(nèi)損耗優(yōu)化：通過最優(yōu)無功運(yùn)行策略，使傳輸效率最優(yōu)，同時(shí)滿足并網(wǎng)點(diǎn)關(guān)于功率因數(shù)的需求，SVG/SVC無需投入運(yùn)行。通過減少風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部輸電損耗和無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行損耗提升入網(wǎng)電量，典型值為1-3%。目錄21風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析第一部分發(fā)電量提升第二部分可靠性提升第三部分應(yīng)用及結(jié)論第三部分三、可靠性提升22變流器故障長(zhǎng)期占據(jù)風(fēng)電機(jī)組故障率前三，雙饋電機(jī)本質(zhì)是感應(yīng)繞線異步電機(jī)，具備異步電機(jī)的基本特性。故障率高三、可靠性提升23現(xiàn)狀：發(fā)電是風(fēng)電機(jī)組最根本的性能，現(xiàn)狀是變流器故障后風(fēng)電機(jī)組只能停機(jī)，失去發(fā)電功能。新功能：變流器故障后，將雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)換為繞線異步電機(jī)，雙饋機(jī)組轉(zhuǎn)換為變槳定速機(jī)組，仍然具備發(fā)電功能，發(fā)電量為正常狀態(tài)下60%以上。三、可靠性提升24虛擬電阻技術(shù)：通過虛擬電阻技術(shù)，將實(shí)體電阻的功能由軟件實(shí)現(xiàn)，極大減少濾波回路故障，降低運(yùn)維成本，提升機(jī)組可靠性。虛擬電阻目錄25風(fēng)電機(jī)組集成電氣系統(tǒng)分析第一部分發(fā)電量提升第二部分可靠性提升第三部分應(yīng)用及結(jié)論第三部分四、應(yīng)用及結(jié)論26提升發(fā)電量提升項(xiàng)點(diǎn)提升比例可變拓?fù)溥\(yùn)行策略(超級(jí)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(yōu)傳輸運(yùn)行策略和場(chǎng)內(nèi)損耗優(yōu)化1%-3%總計(jì)7.2%-10.2%四、應(yīng)用及結(jié)論27可靠性提升提升項(xiàng)點(diǎn)原狀態(tài)現(xiàn)狀態(tài)變流器容錯(cuò)停機(jī)，失去發(fā)電功能，從電網(wǎng)消耗電能轉(zhuǎn)換為變槳定速機(jī)組，仍然正常發(fā)電。虛擬電阻某風(fēng)場(chǎng)全