风电场选址与并网技术分析毕业设计.docx
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1、摘要论文基于对风电场场址选择的意义、影响因素、基本原则和选址步骤的初步探讨,阐明风电场场址选择中应注意的问题及遵循的原则。阐述了大规模风电并网后对电力系统稳定性、电能质量、电网频率等方面的影响,提出改善风电并网影响的措施。结合仝家河风电场的实例,对风电场选址和并网进行了分析。关键词:风电场;选址;并网AbstractBasedonwindfarmsitese1.ectionofthemeaning,inf1.uencefactors,basicprincip1.esandstepsofthepre1.iminarydiscussiontoc1.arifythe1.ocation,shou1.d
2、payattentiontowindfarmsitese1.ectionprob1.emsandprincip1.es.Theintegrationof1.arge-sca1.ewindpoweronthepowersystemstabi1.ity,powerqua1.ity,powergridfrequencyeffects,isproposedtoimprovetheimpactofwindpowerintegrationmeasures.Combinedwiththeexamp1.eofTongjiaRiverwindfarm,the1.ocationofwindfarmsandgrid
3、areana1.yzed.Keywords:Thewindfarm;sitese1.ection;para1.1.e1.in引言11风电场场址选择11.1风电场宏观选址11.1.1风能资源11.1.2联网条件11.1.3交通运输和土地利用11.1.4地质条件和地形条件21.1.5其他因素21.2风电场微观选址21.2.1彳古21.2.2JXIj21. 3风电场场址选择实例313.11.IT31.3.2jT52A72.1风能发电的主要特点72. 2风电并网对电力系统的影响82. 2.1对系统稳定性的影响82. 2.3对电能质量的影响92. 3改善风电并网影响的措施92. 3.1无功功率补偿措施9
4、2. 3.2合理确定风电场并网电压等级92. 3.3加强管理提高控制水平92. 3.4加强技术研究提高预测精度92. 4风电场并网实例102. 4.1102.4.21.1.122.4.3IIJt目匕J1.1.狈U132.4.4风功率预测系统152.4.5无功功率补*15参考文献17.18随着全球能源危机的逐步凸显,世界各国把推动可再生能源的发展作为21世纪能源发展的基本战略。在各类可再生能源中,风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。风力发电技术最为成熟、最具商业化和规模化发展前景,近些年来发展极为迅速。风电场选址和并网是风电场设计中的关键问题,其中涉及许多技术和经济因素。对于
5、特定的场点特别是并网运行的大型风电场来讲选择最佳地点以最大限度地利用风能和产生最好的经济效益是风电场设计中首要解决的关键问题。我国风力发电建设逐步进入了快速发展的时期,大规模的风力发电必须要实现并网运行。风电场接入电力系统的分析是风电场规划设计和运行中不可缺少的内容,是风力发电技术重要的组成部分。1风电场场址选择风电场选址一般可分为宏观选址和微观选址两个阶段。下面主要从这两方面对风电场选址进行综合分析。1.1 风电场宏观选址风电场宏观选址过程是对一个较大地区的气象条件、风能、电网、交通、地质、周围环境等多种因素和条件进行综合考察后,选择出一个资源丰富、且最有利用价值的小区域的过程。1.1.1
6、风能资源建设风电场最基本的条件是要有能量丰富、风向稳定的风能资源,选择风电场场址时应尽量选择风能资源丰富的区域。根据我国风能情况,一般规定有效风速范围为325ms,将风能丰富区规定为Iom高度年平均风速在6ms以上,50m高度年平均风功率密度大于200Wr2,年有效风速小时数大于5000h0主导风向频率在30%以上为比较稳一H1.1.2 联网条件影响并网风电场最大安装容量的因素包括系统网架结构、常规机组的旋转备用水平、系统常规机组的优化调度、负荷特性、机组的类型和分布及风电场的无功补偿状况等。风电场场址选择时,应尽量靠近合适电压等级的变电站或电网以减少线损,并网点短路容量应足够大。1.1.3
7、交通运输和土地利用交通运输条件应满足风电机组、工机械和其它设备、设施材料的进场要求,在满足条件的情况下尽量利用现有公路,减少建设道路的费用。尽量使用未利用土地,少占或不占耕地。尽量避开政府部门依法批准的需要特殊保护的区域。1.1.4 地质条件和地形条件选址时,应避开地震带和水文地质情况复杂的地区。对地貌分析可利用1:5000地形图和卫星观测图,判别并尽量选择具有较高平均风速的地形地貌如高原、山峰等,尽量避开较低平均风速的地形地貌如盆地和森林等粗糙度较大的区域。主风向上要求尽可能开阔、宽敞,障碍物尽量少、粗糙度低,对风速影响小。应选择地形比较简单的场址,利于大规模开发以及设备的运输、安装和管理。
8、风电机组基础持力层的岩层应厚度较大、变化较小、土质均匀,承载力能满足风电机组基础的要求。1.1.5 其他因素结合国家风电发展规划和各项环保要求,在西北、华北、东北和东南沿海大规模开发风电。风电场选址时,与居民区保持适当距离以减小噪音污染,国家有关规范要求风电机组距居民区的最小距离应使居民区的噪声小于45db;避开自然保护区等区域;同时考虑各类极端气象条件的影响。12风电场微观选址风电场微观选址是在宏观选址选定的小区域中确定风力发电机组的分布位置,确定每台风机的位置,使整个风电场获得最大年发电量,并尽可能降低施工成本,以便使整个风电场具有更好的经济效益的过程。风电场微观选址是风电场设计阶段的重要
9、工作,它涉及的因素较多,主要有风电场土地的性质、周围村庄和建筑物的分布、当地环境部门的要求等。在充分考虑这些限制因素的情况下,结合风电场风资源分布图进行优化选址,在初步选址之后进行现场勘探定点,确定并最终布局。1.2.1 风资源评估风资源评估需要对现场实测数据进行处理和修正,并计算平均风速、空气密度、有效风能密度、风速的频率分布、风速持续时间分布、风能玫瑰等风资源数据。目前国内通用的风能资源评估软件是WasPo1.2.2 风机排布掌握风电场风能资源的分布后,进行风机的排布。在平坦地形区域对风能方向集中、主次风能方向基本呈180。的风电场,按照8倍和5倍的原则进行风机的排布,即风机的间距取叶轮直
10、径的5倍,风机的排距取叶轮直径的8倍,风机的排布与主风能方向垂直,且风机前后错开,呈梅花状排布;对于风向较分散、主风能方向不明显的风电场,一般按10倍7倍原则进行风机布置。根据优化结果进行现场踏勘,对风机位置进行微调,使布置每台风机的机位都具有较好的施工条件。对于风能资源好、施工难度较大的机位应进行经济分析和计算,以确定该机位的取舍。根据风电场的上网电价,确定风电场单台风机的最低发电量,对于发电量低于该数值的风机位置,应进行调整。13风电场场址选择实例以仝家河风电场工程为例,对风电场选址进行分析。1.3.1 宏观选址分析(1)风力资源。仝家河风电场采用的测风塔塔高80m,分别在80m(两套风速
11、仪)、70m、50m、30m、Iom高度各安装了一个风速仪,并在80m、70m、IOm高度各安装了一个风向仪。风电场测风塔仪器配置表项海拔高度测风塔坐标安装时间测风塔2mN:37o51,59.3E:11827.82007.8由实测风数据得测风塔IOm高度实测平均风速3.7ms,相应风功率密度为78.7WA30m高度实测平均风速5.0ms,相应风功率密度为141.7WmS50m高度实测平均风速5.6ms,相应风功率密度为195.5W/m2;70m高度实测平均风速6.Oms,相应风功率密度为241.0W/m2;80m高度实测平均风速6.2ms,相应风功率密度为264.5Wm)测风塔实测逐月平均风速
12、统计表单位:m/s月份80m70m50m30mIOm16.15.95.54.93.525.55.45.14.63.337.47.26.75.94.547.67.36.96.14.957.16.96.55.84.766.25.95.64.93.9754.84.642.984.44.343.52.594.84.74.33.82.7106.365.54.93.3116.86.55.95.13.5127.87.576.24.6月份80m70m50m30mIOm年平均6.265.653.7实测年逐月风功率密度表单位:Wm2月份80m70m50m30mIOm1234.7216.2168.6119.461.
13、82201.0189.2159.7122.369.03404.8366.6292.4211.7124.64452.3416.8350.3272.7179.75333.1303.2253.6190.6118.66208.8185.6157.7111.363.07118.8107.488.559.027.3891.284.766.146.421.09156.4143.6116.283.039.210231.2206.1159.8108.145.211297.4267.6204.0135.861.512444.4405.0329.2239.6133.7年平均264.5241.0195.5141.77
14、8.7(2)工程地质。风电场场址位于滨州市无棣县境内,本区在大地构造上位于华北地台区之华北平原坳陷区的济阳坳陷区,在新构造单元上位于鲁西一鲁北沉降平原区的次级构造单元东明一渤海强烈沉降平原区。近场区内发育一系列的近东西向、北东东向和北北东向断裂,规模较大的断裂有羊二庄断裂、堤子口断裂、黄骅断裂和庆云断裂。S1.arn霓因南2曲笨耳IH国*ttvn图1区域地质构造图区域范围内虽然有断裂构造发育,但近场区范围内无全新活动断裂和发震构造分布。根据对场地所处区域的断裂活动、地震活动、新构造运动等综合分析认为,拟选场地处于相对稳定区,适宜工程建设。(3)交通运输和施工条件。仝家河风电场工程场址距荣乌高速
15、、长深高速约20km,距320省道、237省道不足5km,另外场区西、南、北三侧有多条县乡道路,满足风电场施工期间的交通要求。施工用水、生活用水、消防用水可考虑从附近赛尔水库引接,并可作为升压站运行后的生产、生活用水。供水距离35km。施工用电可以从附近的配电网架引接至工地。1.3.2 微观选址分析风电场风力机组的布置及每台风电机组发电量的计算,主要用Wasp1.O计算软件完成。影响该软件计算成果的有:粗糙度、障碍物的大小;地形文件数字化、复杂地形处理的精度;风电机组功率曲线、推力系数的准确性;机组的排布等因素。根据1:IOOOO的地形图布置风电机组,绘出塔位的相对坐标。综合考虑风电场地形、并
16、利用风电场各测站订正后的代表年测风资料,通过Wasp软件绘制图风电场风能资源分布图。I11图2风电场风能资源分布图为提高风场发电量,风机应尽量布置在风功率密度高的地方;本风电场区域内有农田、树林、果园、水库和村庄等。本着避开村庄、基本农田、防护林及远景规划的原则,将风机尽量布置在风能资源高、运输方便、较为平整的地方,并将尾流控制在较低的范围。由此对风电机组优化布置。图3风电机组布置图2风电并网由于风能具有随机性、间歇性、不稳定性的特点,当风电装机容量占总电网容量的比例较大时会对电网的稳定和安全运行带来冲击。对风电场接入电力系统的分析是风电场规划设计和运行中不可缺少的内容。2.1风能发电的主要特
17、点(1)风能的稳定性差。风能属于过程性能源。风速和风向经常变动,具有随机性、间歇性、不稳定性,风力发电机不易调节和控制出力,因此风电机组发出的电能也是波动的、随机变化的。(2)风能的能量密度小。为了得到相同的发电容量,风力发电机的风轮尺寸比相应的水轮机大几十倍。(3)风能不能大量储存。因为蓄电的成本远远高于发电的成本,在整个电网上几乎没有蓄电的能力,一般都是以输出电量为基础来调节收纳的电量。(4)风轮机的效率较低。风轮的理论最大效率为59.3%,实际效率会更低一些。统计显示,水平轴风轮机最大效率通常在20%50%,垂直轴风轮机最大效率在30%40%.(5)风电场分布位置偏远。我国风资源丰富地区
18、一般距离负荷中心较远,电网网架结构比较薄弱,当地电网的输电能力限制了风电的外送,在开发大规模风电的形势下,需要建设配套的风电送出工程并加强电网建设。(6)电网不可调度性。由于风能的不可控性,因而不可能根据负荷的大小来对风力发电进行调度,给电网调度带来不小的压力。且大部分风电机组是无人值守的。2.2风电并网对电力系统的影响2.2.1对系统稳定性的影响大规模风电场接入电力系统时,风电场对无功功率的需求是导致电网电压稳定性降低的主要原因。一方面,风电场的有功出力使负荷特性极限功率增大,增强了静态电压稳定性;另一方面,风电场的无功需求使负荷特性的极限功率减少,降低了静态电压稳定性。目前,风力发电多采用
19、异步发电机,需要外部系统提供无功支持。变速恒频风电系统在向电网注入功率的同时需要从电网吸收大量的无功功率。风电场的无功仍可看作是个正的无功负荷,因此,当风电场的容量较大且无功控制能力不足时,易影响电压的稳定性,严重时会造成电压崩溃。风电场的并网改变了配电网的功率流向和潮流分布。因此,随着风电注入功率的增加。风电场附近局部电网的电压和联络线功率将超出安全运行范围,影响系统的稳定性。随着各地风力发电的蓬勃发展,风电场的规模不断扩大,风电装机容量在系统中所占的比例不断增加,风电输出的不稳定性对电网的功率冲击效应也不断增大,对系统稳定性的影响就更加明显。情况严重时,将会使系统失去动态稳定性,导致整个系
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