1、海上风电场电气系统优化设计与运行符杨符杨 上海电力学院上海电力学院内容 上海电力学院简介 海上风电发展概况 海上风电场集电系统优化设计 风电场并网运行分析 教学教学 风力发电专业风力发电专业 学生：学生：200人，专业教师人，专业教师：10人人 研究研究风力发电项目组风力发电项目组 教授教授 : 3人，副教授人，副教授: 5人人 讲师讲师 ：5人，人， 研究生研究生: 若干若干学校概况学校概况|风电相关主要项目名称主要项目名称项目来源（编号）项目来源（编号）MWMW级风力发电机组控制系统关键级风力发电机组控制系统关键技术研究技术研究上海市重点科技攻关项目上海市重点科技攻关项目 (0616120
2、40)(061612040)大型电力变压器状态监测与故障大型电力变压器状态监测与故障诊断技术的研究诊断技术的研究上海市科委青年科技启明星计划上海市科委青年科技启明星计划(01QF14026)(01QF14026)海上风电场风机、变电场电气关海上风电场风机、变电场电气关键技术研究键技术研究上海市重点科技攻关项目上海市重点科技攻关项目 (06DZ12204)(06DZ12204)节约型上海电网规划技术研究节约型上海电网规划技术研究上海市重点科技攻关项目上海市重点科技攻关项目 (052312003)(052312003)风力发电机组的并网运行分析研风力发电机组的并网运行分析研究究上海市电力公司重点科
3、技项目上海市电力公司重点科技项目(H2005-57)(H2005-57)海上风电场海上风电场可行性研究可行性研究中国欧盟能源合作项目中国欧盟能源合作项目（EEP-PMU/CN/126077/RE002EEP-PMU/CN/126077/RE002）风电项目组风电项目组|完成项目主要项目名称主要项目名称项目来源（编号）项目来源（编号）风力发电风力发电并网系统暂态电压稳定非并网系统暂态电压稳定非线性控制策略研究线性控制策略研究国家自然科学基金项目国家自然科学基金项目（5080703550807035）东海大桥东海大桥1010万千瓦万千瓦海上风电场海上风电场建设建设关键技术应用研究接入系统与运关键技
4、术应用研究接入系统与运行维护关键技术研究行维护关键技术研究上海市重大科技攻关项目子课题上海市重大科技攻关项目子课题(08DZ1200604)(08DZ1200604)多运行方式下的多运行方式下的风电风电混合电力系统混合电力系统小干扰稳定分析及阻尼改善方法研小干扰稳定分析及阻尼改善方法研究究20082008年度上海市浦江人才计划年度上海市浦江人才计划大规模太阳能与大规模太阳能与风力发电风力发电系统监控系统监控及优化技术研究及优化技术研究上海市重点科技攻关项目上海市重点科技攻关项目(071605123)(071605123)风力发电风力发电并网运行性能及对电网影并网运行性能及对电网影响的研究响的研
5、究上海市教委科技创新计划重点项上海市教委科技创新计划重点项目目（08ZZ9208ZZ92）风电项目组风电项目组|项目国外海上风电发展概况欧洲海上风电发展迅速，成为新能源发展的重要风向。 Offshore wind could be the next wave in U.S.国外海上风电发展概况 海上风电场容量可媲美传统火电机组。 海上风电场离岸距离越来越远。瑞典 Gotland Island 2.5MW西班牙Puerto de Bilbao 10MW丹麦Horn Rev160MW 英国Beatrice 1000MW（规划中） 国内海上风电发展概况 东海大桥100MW海上风电场(完成建设) 江苏
6、龙源如东150MW海上风电场（招标） 江苏东台将建30万千瓦海上风电项目 2010年2月，国家能源局、国家海洋局联合下发了海上风电开发建设管理暂行办法 我国海上风电开发将进入快速发展时期海上风电场特点风电场容量大（10万kW级）大容量并网距离海岸远（10km），35kV及110kV（国内暂无220kV及以上海缆）输电网络基本采用电缆线路例：东海大桥海上风电场102MW离岸距离：10-13km全海底电缆线路（场内35kV）110kV并网 海上风电场集电系统优化设计 海上风电场并网运行 电缆线路海上风电场集电系统优化设计 变电站的电气主接线变电站的电气主接线 风电场集电系统风电场集电系统 设备的选
7、择与校验设备的选择与校验 经济性经济性 可靠性可靠性 集电系统优化设计集电系统优化设计-经济性经济性不同的连接方式的经济性不相同。不同的连接方式的经济性不相同。电缆总投资电缆总投资（RMBRMB）方案（方案（a a）方案（方案（b b）699.0086 10688.1926 10 4 4个海上变电站个海上变电站 12131213台风机一台风机一串串 大型海上风电场手动优化较困难。大型海上风电场手动优化较困难。集电系统优化设计-可靠性 集电系统接线形式集电系统接线形式 拓扑形式拓扑形式 、电气设备故障率、电气设备故障率 、 修复率修复率 风能特性风能特性 风机功率曲线风机功率曲线 、 风速分布图
8、风速分布图 海上风电场集电系统优化中还需考虑原有及规划中天然气管道，通信电缆管道等。电源点sourcesS1S2S3S4等效停运率（不考虑风能）EFOR0.0898174470.0959572720.1434308180.092609862等效停运率（考虑风能）EFOR0.5649368350.5678716440.5905637860.566271597等效容量（MW）Equivalent capacity24262426年停运小时数（h）E4948.8466794974.5556035173.3387624960.539192 集电系统拓扑形式影响海上风电场可靠性。 海上风电场可靠性主要受
9、风能资源影响。风电场并网运行特性u 220kV系统短路容量：5151MVA ；u 220/121/38.5kV主变压器容量： 180MVA ；u 35kV侧负荷为50MVA；u 110kV侧负荷68MVA ，功率因数0.9；u 风电场距离7km；u 风电场变压器取110/10.5kV；u 风力发电机功率因数为1 u风电场容量：10*2MW风电场并网运行特性 对于不同的系统条件，改变风力发电功率，研究在该系统条件下，风电功率对系统电压的影响，主要变化的系统条件有：1)并网电压等级2)母线负荷（包括负荷水平和功率因数）3)系统等值阻抗4)风电厂并网距离 35kV 或110kV并网时，随着风电功率增
10、大，35kV母线电压降低，最大幅度约为-0.45%左右 35kV侧并网和110kV侧并网比较，35kV侧并网时各母线电压均较低1.并网电压等级不同时的影响2.母线负荷的影响o各种负荷水平下，风电功率对并网母线电压影响幅度相当 各种系统等值阻抗水平下，风电功率对并网母线电压影响幅度不同 等值阻抗增大时风电功率增加对电压的影响效果更加明显 但这种效应随并网电压的升高而减弱3.系统等值阻抗不同时的影响随着风电厂并网距离的不同，风电功率对系统电压影响幅度也不同，并网距离增大时风电功率增加对电压的影响效果更加明显但这种效应随并网电压的升高而减弱，且影响趋势也有所改变4.风电厂并网距离不同时的影响电缆系统
11、运行特性分析R1X1C1R0X0C0Ohm/kmOhm/kmnF/kmOhm/kmOhm/kmnF/km110 kV架空线架空线0.070.41100.351.654.7电缆线电缆线0.040.114000.500.2840035 kV架空线架空线0.310.40100.401.505.0电缆线电缆线0.200.131700.500.30170 与架空线路相比，电缆线路电抗较小，且存在较大分布电容. 运行中，存在较大的充电电流 电缆系统运行特性分析不同标称截面,不同材料，电气参数存在差异。截面变化对电缆的电阻参数影响较大，对电抗和电容参数影响小。架空线标称截面积r1(/km)X1(/km)r1
12、(/km)X1(/km)700.450.412电缆线0.3420.141950.3320.40.2470.1341200.2630.3920.1960.1281500.210.3870.1590.1231850.170.380.1280.1192400.130.3720.09770.1153000.1050.3650.07860.111材料标称截面电缆电容 f/kmYJQF700.126950.1381200.145LM-HF700.197950.191200.189电缆系统运行特性分析 电缆线路两侧压差随负荷电流增加而增大； 截面较大电缆线路两侧压差受负荷电流变化影响小 电缆线路两侧压差随电缆长度增加而增大 电缆线路两侧压差受线路路长度影响较架空线路小谢谢！
