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特高压风电送出并网友好性解决方案

北极星风力发电网  来源:能者说EnergySpeaker    2019/11/26 17:14:01  我要投稿  

北极星风力发电网讯:“三北”区域风光新能源占能源总量的比例较高,且项目建设较为集中,整个电网呈现弱惯性、弱阻尼、弱电压支撑的特点。电力系统发生频率、电压扰动时极易导致风电机组脱网,并且可能引起蝴蝶效应,造成更加严重的系统连锁故障。2011年的酒泉风电基地大规模脱网事故,就是惨痛的教训。

金风科技作为中国风电事业的先行者,有着20多年风电领域丰富经验,更重视风电机组的并网友好性。在满足电网标准并网要求的前提下,金风科技利用永磁直驱+全功率变流技术路线的特点,率先在行业内推出了VSG(Virtual SynonousGenerator)系统。

VSG系统即金风虚拟同步发电机控制系统,能依据风电场并网点频率和电压波动进行风电场一次调频调压控制,以实现对电网的主动支撑,提高风电场并网友好能力。VSG虚拟同步发电机控制系统主要包含VMP风电场电压/无功功率自动控制系统(Voltage/Var Management Platform)和PFC一次调频控制系统(Primary Frequency Control)。作为场级的控制器,VSG系统适用于新能源场站控制点的功率控制,具有调节速度快、精度高,设备安装简单、免维护等特点。

图:金风虚拟同步发电机控制系统结构图

VSG的VMP(电压/无功功率自动控制系统)充分利用金风机组全功率变流器的无功能力,在风电场稳态运行下,风机能提供33%的风电场装机容量的无功功率。当系统处于低电压穿越时,风机最大能够提供100%的无功电流支撑。在风电场稳态运行时,可以减少甚至取消集中无功补偿出力,降低用电损耗,提高风电场的整体效益。

VSG的PFC(一次调频控制系统)充分利用直驱机组的“隐藏”惯性,在新能源场站稳定运行的前提下,当场站处于限功率运行状态时,可最大限度的参与电力系统调频功能;当新能源场站处于不限功率运行状态时,即机组处于最大功率跟踪模式,在并网点欠频故障期间提供10%的有功功率支撑且持续至少10秒,在1s内响应并完成系统的一次调频指令。PFC可以有效减小频率瞬间跌落的最低值,有利于系统的快速恢复,为传统的火力发电机组提高有功功率输出争取时间,配合整个电网完成快速频率调节过程,会极大的提高风电场在电网中的渗透率,增加系统的稳定性,改善并网“友好性”。

以山西某安装有199台金风科技1.5MW直驱机组的项目为例,技术人员对VMP系统投运前后的AVC调节合格率和考核电量做了一个对比,情况如下:

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图:未投入VMP之前调节合格率

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图:VMP投入运行后调节合格率

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图:VMP投入前后考核电量对比

另一个案例是安装有33台1.5MW直驱机组的新疆达坂城某风电场,使用金风科技的PFC系统,模拟实际频率扰动试验结果及分析如下(图中绘制每次阶跃扰动试验过程,试验过程图形时长根据方案的频率扰动数据的时长。图形采用双坐标轴,左边为场站实际功率和理论功率,单位采用MW;右边为输入扰动频率,单位Hz):

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图:小波动扰动试验曲线

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图:灵绍直流闭锁扰动试验曲线

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图:灵绍直流闭锁(无尖峰)扰动试验曲线

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图:拉西瓦甩1200MW扰动试验曲线

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表:测试数据分析(功率单位:MW)

注:极值响应合格率=(|调节过程实际功率极值-功率初始值|)/(|调节过程理论功率极值-功率初始值|)

风电场快速频率响应模拟实际频率扰动试验获得以下结论:1.小波动扰动试验,积分电量合格率为81.1%,跟踪速率较好,负荷波动较小,风机运行稳定;2.灵绍直流闭锁扰动试验,积分电量合格率为111.1%,跟踪速率较好,负荷波动较小,风机运行稳定;3.灵绍直流闭锁(无尖峰)扰动试验,积分电量合格率为115.8%,跟踪速率较好,负荷波动较小,风机运行稳定;4.拉西瓦甩1200MW扰动试验,积分电量合格率为115.1%,跟踪速率较好,负荷波动较小,风机运行稳定。

根据以往大量风电场投运案例,一个5万千瓦容量的风电场通过VSG系统实现无功控制/调压和一次调频控制,一年可直接降低厂用电损耗约20万元费用(具体需考虑当地电价),并且避免电场被调度进行电量考核,提升全场的发电量。在这一降一升当中,能够给项目业主带来可观的经济效益。


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