风电发展概况及DFIG风电机组介绍

1风电发展概况及DFIG风电机组介绍刘峰21.国内外风电发展现状及趋势2.低电压穿越（LVRT）概念及必要性3.各国风电标准对低电压穿越的要求4.双馈式风电机组及低电压穿越内容31.国内外风电发展现状及趋势41.1国内外风电发展现状－全球51.1国内外风电发展现状－Europe据欧洲风能协会报告称，2010年欧盟风电装机新增9295MW,比2009年下降10%，风电装机占电力总装机容量的16.7%。2010年欧盟成员国新安装的风电所占市场份额情况，总计9,295MW前十：西班牙、德国、法国、英国、意大利、瑞典、罗马尼亚、波兰、葡萄牙、比利时。61.1国内外风电发展现状－Europe2010年欧盟各成员国的风能累计安装量所占市场比重总计84,074MW截止2010年底欧盟电力总装机容量增加了52820MW至874023MW,其中风力发电装机84074MW占9.6%。累积装机容量过亿：德国、西班牙、意大利、法国、英国、葡萄牙、丹麦、荷兰、瑞典、爱尔兰、希腊。71.1国内外风电发展现状－LatinAmerica2010年拉丁美洲新增风电装机容量仅为467MW，仅占世界新增风电装机容量的1.2%。累计装机容量为1983MW.增长率为30.8%。2010新增装机容量:巴西:320MW墨西哥:104.5MW阿根廷:25.3MW乌拉圭:10MW古巴:4.5MW智利:2.6MW81.1国内外风电发展现状－NorthAmerica2010年北美洲新增风电装机容量为5.71GW。累计装机容量达到44.2GM。加拿大2010年新增风电装机容量690MW，与2009年相比增长21%，累计装机容量达到4008MW。2010年美国新增风电装机容量为5.6GW。91.1国内外风电发展现状－Australia2010年澳大利亚新增风电装机容量为11.8MW。累计装机容量达到2386MW。101.1国内外风电发展现状－Africa2010年非洲新增风电装机容量为155MW（占世界0.5%）。累计装机容量达到906MW增长率为20%，低于世界平均水平23.6%。埃及：550MW摩洛哥：286MW南非：10MW突尼斯：54MW111.1国内外风电发展现状－Asia中国风电总装机容量达到44.7GW，成为世界第一。年同比增长73.3%。2010年底亚洲风电总装机容量达到61,2GW(占世界风电总装机容量的31,1%).印度装机容量为13GW,排亚洲第二。与2009年相比年增长10.7%。三个增长速度较快的国家：日本：总装机容量为2.3GW（2.1GW，2009）台湾：总装机容量为519MW（436MW，2009）韩国：总装机容量为379MW（364MW，2009)121.1国内外风电发展现状－中国中国：2010年中国（不包括台湾地区）新增安装风电机组12904台，装机容量18927.99MW，年同比增长37.1%；累计安装风电机组34485台，装机容量44733.29MW，年同比增长73.3%。数据来源：CWEA131.1国内外风电发展现状－中国数据来源：中国风能协会（CWEA)各区域装机情况：141.1国内外风电发展现状－中国各省装机情况：151.2国内外风电发展趋势风电机组单机容量持续增大风力发电机组技术正朝着提高单机容量、减轻单位千瓦重量，提高转换效率的方向发展。目前2-3MW的风电机组已成为国内外风电市场的主流机型。海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展，2008年底世界上已运行的最大风电机组单机容量已达到6MW，风轮直径达到127m。161.2国内外风电发展趋势国外已经开始8-10MW风电机组的设计和制造。我国华锐、金风、东汽、国电联合、湖南湘电、重庆海装等公司都在研制5MW或6MW的大容量风电机组。171.2国内外风电发展趋势双馈异步发电技术仍占主导地位丹麦Vestas公司的V80、V90在国际风电市场中所占的份额最大。德国Repower公司利用该技术开发的机组单机容量已经达到5MW。欧洲正在开发10MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组。181.2国内外风电发展趋势2009年我国新增风电机组中，双馈异步发电型变速风电机组仍然占82％以上。我国华锐风电研发的3MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组已经投入运行。191.2国内外风电发展趋势无齿轮箱直驱式、全功率变流风电技术快速发展无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障，可有效提高系统的运行可靠性和寿命，减少维护成本，因而得到了市场的青睐。我国新疆金风科技有限公司与德国Vensys公司合作研制的1.5MW直驱式风电机组，已有上千台安装在风电场。2009年新我国增大型风电机组中，直驱式风电机组已超过17%。湘电公司的2MW直驱风电机组也已批量进入市场。201.2国内外风电发展趋势主要动机：海上风速更高且更易预测，海上风电场的发电量比陆地高出20%-40%。随着风力发电的迅速发展，土地资源稀缺性已经有所显现。海上风电技术成为重要发展方向211.3中国风电现状及几个问题根据企业的产品产业化落实程度，大致可分为以下三种类型：第一类：产业化落实程度比较好，已基本具备大批量生产能力的风电机组制造企业，包括新疆金风、华锐、东方汽轮机等；第二类：已试制出样机或已具备小批量生产能力的风电机组制造企业，包括保定惠德、上海电气、沈阳华创等；第三类：正在开展样机试制或整机设计工作，产业化工作有待进一步落实的风电机组制造企业。第四类：已有成熟的设计制造技术，正在国内建造总装或部件企业的国外独资企业，包括：通用电气、歌美飒、维斯塔斯、苏司兰等4家。22国内正在制造和生产的风电机组其主要技术来源，大致可分为以下四类：第一类：引进国外的设计图纸和技术，或者是与国外设计技术公司联合设计，在国内进行制造和生产。第二类：购买国外成熟的风电技术，在国内进行许可生产。第三类：与国外公司合资，引进国外的成熟技术在国内进行生产。第四类：国外的风电机组制造公司在国内建立独资企业，将其成熟的设计制造技术带来，在国内进行生产。第五类：利用国内大学和公司自行设计的风电机组，进行生产。1.3中国风电现状及几个问题23风能产业面临的几个问题首先，风能产业体系有待完善。当前风能产业方兴未艾，但尚未能够建立一套完善、成熟的流通、贸易体系。其次，核心技术不足的劣势显示。一直以来，国内风电行业比较看重装机容量的增长和风电机组的升级换代，相比之下，国外风电具体更看重度电成本。尽管中国风机价格比国外风机便宜约20%，并以此迅速占领了大量市场，然而核心技术不足无疑将制约中国风电行业的长远发展。1.3中国风电现状及几个问题24最后，并网问题和风电设备质量问题亟待解决。随着中国风电装机容量规模的快速增长，并入电网及远距离输电等问题越来越突出，而中国国内的智能电网建设尚处于起步阶段，因此比较严重地影响行业发展，部分已实现电网接入的风电场，被限制发电的情况时有发生，部分风电场损失电量高达30%。此外，中国风电设备已出现产能过剩，但相关技术则有待进一步突破。1.3中国风电现状及几个问题252.低电压穿越（LVRT）的概念262.1低电压穿越（LVRT）的概念•什么是低电压穿越？􀂾LVRT：LowVoltageRideThrough􀂾当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行,并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行。FRT：FaultRideThrough也有故障穿越的提法。272.1低电压穿越（LVRT）的概念电网发生故障出现电压跌落时，一般都是采取切除风电机组的方法来处理。风电装机比例较低时：可以允许风电场在电网发生故障及扰动时切除，不会引起严重后果。风电装机比例较高时：􀂾高风速期间，由于输电网故障引起的大量风电切除会导致系统潮流的大幅变化甚至可能引起大面积的停电，而带来频率的稳定问题。􀂾282.2风电机组低电压穿越的必要性目前我国三类主要风电机组运行特性对比恒速恒频直接并网鼠笼感应机组（SCIG)变速恒频双馈绕线式感应机组（DFIG)变速恒频永磁同步机组（PMSG)292.2风电机组低电压穿越的必要性恒速异步发电机没有励磁回路，只能通过外部电源进行励磁。0medJTTTdt2eTKSU转子运动方程：给定转速条件下，异步发电机电磁转矩与电机端口电压的关系：电网故障时各种风电机组支持电网恢复正常状态电压的能力不同SCIGSCIG不能够支持电压恢复，而且使电压恢复更困难！302.2风电机组低电压穿越的必要性双馈异步发电机定子直接接入电网，转子通过交一直一交(AC—DC—AC)变换器与电网相连。转子侧变换器实现发电机有功无功的解耦控制。DFIG网侧变换器来控制网侧变换器和电网之间有功无功的交换以及实现直流侧电压的稳定控制。变换器容量有限！当电网电压大幅度跌落时，为了保护变换器，需要将转子侧变换器切除掉，此时变换器不具备提供无功的能力。312.2风电机组低电压穿越的必要性PMSG机侧变换器→调节定子电流→控制发电机电磁转矩和定子无功功率→控制电机转速→实现PMSG最大风能跟踪。同时减小发电机的转矩脉动，延长发电机寿命，使发电机运行在变速恒频状态下。控制网侧变换器实现变换器直流侧电压稳定控制及并网无功功率控制。同时要保证变换器输出谐波尽可能小，提高注入电网的电能质量。322.2风电机组低电压穿越的必要性当风电装机达到百万千瓦、千万千瓦甚至更大的风电基地时低电压穿越必不可少！风电机组大型化趋势和大型、特大型风电基地建成并网，低电压穿越已经成为制约兆瓦级风力发电机组大规模并网的主要技术瓶颈。333.各国风电标准对低电压穿越的要求343.美国风电机组低电压穿越要求美国风电场低电压穿越标准（也是AWEA的LVRT要求）time：s1.风电场必须具有在电压跌至15%额定电压时能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力；2.风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90％时，风电场必须保持并网运行（任何时间，只要电压值不低于图中的电压曲线）。15%90%353.英国风电机组低电压穿越要求英国国家电网LVRT能力规定时间（s）00.150.50.80.91.01.1-100.14123180并网点电压（pu）风电场维持并网风电场跳闸电压开始跌落2.50.8536•英国要求在电网电压跌落至15%额定电压时并网运行140ms，2s内恢复至额定电压的80%，0.5s恢复至额定电压的85%,180s内恢复到额定电压的90%后持续并网运行；373.德国风电机组低电压穿越要求德国LVRT能力规定（低短路电流）（E.ON公司）38•德国LVRT能力规定（E.ON公司）德国E.ON公司在2003年之后对风电机组的LVRT能力提出了更高的要求：当电网电压跌落系统额定电压的85%时，风电机组能够持续运行625ms不脱网，当风电机组并网点电压在额定电压的90%以上时，风电机组能保持并网运行。从图中可以看出，在曲线上方时，风机必须保持并网，直至电网恢复，阴影区域，有功功率允许增加额定功率的5%/s。E.ON公司规定，机组在故障识别后20毫秒内提供电压和无功功率支持，提供的无功功率要保证机端电压每降落1%，同时无功电流增加2%;故障切除后有功功率应立即恢复，而且每秒钟至少增加额定功率20%393.西班牙风电机组低电压穿越要求00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1-100.5115时间（s）并网点电压（pu）风电场维持并网风电场跳闸电压开始跌落西班牙REDEleetrieaDeESpana低电压穿越要求0.95403.丹麦风电机组低电压穿越要求丹麦LVRT能力规定413.加拿大风电机组低电压穿越要求423.中国风电机组低电压穿越要求00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1-100.6251234时间（s）并网点电压（pu）风电场维持并网风电场跳闸电压开始跌落中国国家电