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1、新能源发电并网技术,主讲：贾振国,长春工程学院能源动力工程学院,电话：13604438471 0431-85711671邮箱：QQ：429475655,第2章：风力发电及其并网技术,1、概述,2、风电机组并网方式,6、风电场并网实例分析,3、风电场并网技术规定和要求,4、风电场整体并网方式,5、风电场无功补偿,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,1、 风力发电的特点,电力系统组成,风电的特性,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,电力系统调频调节,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,电力系统电压调节,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,风速
2、、风向的随机变化,风速日变化,风向日变化,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,西北地区，春季风大，夏季风小。为了平衡风电出力波动，需对电网发电计划进行调整。 夏季水电多调峰能力强；而冬季水电少调峰能力弱，在冬季或春季风电水平高时对调度的压力大。,风电季节性变化特点（月平均值）,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,风电的随机性同月内每日间无规律,2013年8月风电发电情况,1、 风力发电的特点,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,1、 风力发电的特点,2013年9月11日风电发电情况,风电的波动性日发电曲线,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,1、 风力发电的特点,风电的波动性年
3、发电曲线,负荷曲线,风电发电曲线,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,1、 风力发电的特点,风电的反调峰特性,反调峰：顾名思义就是与电网调峰谷负荷工作唱“反调”,实质上是在调峰工作中某些地方电网或电厂出于本身利益和工作方便不顾全网利益的一种反常行为,他们在电网低谷负荷全网出力过剩时不吸收系统功率,相反还输出功率,抢发电量;而在高峰时因机组电压低,温度高又减其可调出力,其结果非但加重了其他调峰调频厂的压力而且使系统高峰负荷时,出现严重低周波;而在夜间低谷负荷时出现严重高周波情况,这种现象在调度术语,习惯上称为反调峰。 风电的反调峰特性增加了电网调峰的难度，增加了电网调频的压力和常规电源调整的
4、频次。 调峰容量不足会出现低负荷时段弃风的情况。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,2、 我国风电并网发展的特点,大规模经济增长和能源需求使中国成为世界上最具发展前景的风电市场能源局拟将2020年风电装机容量规划提升到1.5亿千瓦规模化发展也使风电成本不断下降，逐渐接近常规能源。高集中十个千万千瓦级风电基地的规划河北省千万千瓦级风电基地规划总装机容量为1078万千瓦，其中张家口地区规划装机容量为713万千瓦，承德地区规划装机容量为320万千瓦，沿海地区规划装机容量为45万千瓦。远距离风能富集地区均属偏远地区，负荷小、火电水电少、电网薄弱须远距离输送至电网负荷中心，最大输送距离超过1000
5、公里。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,3、 东北电网风电并网特点,近5年来，也是东北电网风电发展突飞猛进的时期，风电装机容量从137万千瓦增长到1832万千瓦，增长了13倍之多，年均增长68%。,目前，风电已经成为东北电网第二大容量电源，尤其是蒙东四盟，风电装机已经超过地区负荷。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,3、 东北电网风电并网特点,东北风电发展具有“两同、两大”特点。“两同”即：大型风电场群与大型坑口电站共用相同输电通道，大风期与供热期相同。“两大”即：风电装机占总装机比例大，风电发电量占供电量比例大。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,3、 东北电网风电并网特
6、点,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,3、 东北电网风电并网特点,东北全网风电平均利用小时数低至1643小时（吉林更低至1420小时），同比下降8.3%，远低于设计水平，接近甚至低于风电企业的平均盈亏平衡点。由于系统需求不足、网架输送能力不足、调峰能力不足造成大量弃风。,弃风问题突出,20102012年：,20102012年：,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,3、 东北电网风电并网特点,东北电网的“木桶效应”,从长期看，东北电网接纳风电能力将一直符合木桶原理。木桶究竟能装多少水，一是取决于木桶的体积，二是取决于最短的那块木板。,东北电网目前5500万千瓦左右的系统规模就相当于木桶
7、的体积，这个体积不算大。,构成东北电网风电接纳能力这个木桶的木板至少有5块:一、电网传输能力约束；二、电网调峰能力约束；三、全局安全稳定问题约束；,四、风电运营商的损益平衡点约束；五、社会经济发展对基础能源价格承受能力约束。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,3、 东北电网风电并网特点,2012年，制约东北电网风电消纳的短板是网架和调峰两块。根据东北电网的发展规划，网架的短板必然是越来越长，但调峰的短板却可能越来越短。2013年将成为东北风电发展史上的转折点之一，调峰问题将超越网架问题成为制约东北风电消纳的关键短板。,2013调峰,2013网架,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,3
8、、 东北电网风电并网特点,一旦调峰问题成为关键短板。即便继续增加电网网架建设，对于风电消纳这个问题来说，边际效益已经开始递减，直至为零。,即便完全消除网架制约，全网可以新增消纳的风电量也不会增加多少，没有输电阻塞的网架最终结果不过是逐渐拉平全网各风电场的经济收益水平，最终都趋近损益平衡点。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,3、 东北电网风电并网特点,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,3、 东北电网风电并网特点,东北风电问题的破局思考：,东北新能源发展的主要矛盾是风电和热电的矛盾，当务之急是发展热电机组在不影响供热民生的前提下的电网调峰技术。,经济层面的关键在于充分发挥市场的作用、
9、发挥价格杠杆的作用。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,欧洲西南部，伊比利亚半岛；西接葡萄牙，北邻法国，南与摩洛哥隔海相望；多山多高原，北部属海洋性温带气候，南部地中海型亚热带气候，中部属大陆性气候；国土面积50万平方公里，人口4700万。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,截至2013年6月，西班牙电网总装机容量1亿千瓦燃气-蒸汽联合循环2494.7万千瓦;风电2268万千瓦，占总装机的23%;水电1730万千瓦（其中抽水蓄能274.7万千瓦）燃煤火电1074万千瓦;核电757.2万千瓦;太阳能发电658.1万千瓦(光伏发电装机443.1万千瓦
10、,光热发电215万千瓦);燃油/燃气机组50.6万千瓦;其他不参与调峰电源（生物质、小水电、垃圾焚烧发电、热电联产等）993万千瓦。2012年最大用电电力4352.7万千瓦，日用电量最大值8.73亿千瓦时。,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,2012年，西班牙电网总发电量2691.4亿千瓦时，其中风电发电量 481.26亿千瓦时，占总发电量的17.88%，利用小时数2112小时； 风电最大发电电力1664万千瓦，出现在2012年4月18日16时40分，占 当时全网发电出力的43%，是风电总装机容量的76%。 2013
11、年14月，西班牙风电受限电量约为5.33亿千瓦时，约占风电 发电能力的5%，风电受限电量从绝对数值到相对比例都在逐年增长。,西班牙电网是欧洲大陆跨国交流同步电网的一个组成部分，与葡萄牙之间有400kV联络线4条，220kV联络线3条；与法国之间有400kV联络线2条，220kV联络线2条；通过400kV交流海底电缆与北非的摩洛哥相连。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,完善的市场体制,“闻风而动”的市场电价可以引导市场主体主动“避风”和“用风”。西班牙和丹麦电力市场的上网电价每个小时都在波动，时刻反映市场供需、资源价格变化。受风电大发影响，丹麦上网电价
12、一年有100小时左右甚至为零。市场参与者据此及时调整发电和用电行为。2009年北欧推行了负电价制度，极端情况下上网电价可能为负，不想停机的火电机组此时要为发电付钱。,严格的涉网技术管理,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,西班牙电网公司于2008年对并网准则（Grid Code）进行了修订，针对风电大规模并网提出了电网的要求，这些要求分为强制性和鼓励性两种。风电场完成鼓励性要求将会获得额外的上网电价补贴，无法达到鼓励性要求将会被扣除部分上网电价，体现奖罚分明的原则。,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,先进的风电场
13、调度控制水平,西班牙电网公司的可再生电源控制中心（Control Center for Renewable Energies ，CECRE)于2006年6月份投入使用。西班牙法律要求所有装机容量大于10MW的可再生电源都要接入可再生电源控制中心。可再生电源控制中心与电网调度一体化运作。电网调度设置专门的可再生电源调度席位。,跨国跨区互联电网,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,提高风电接纳能力，应该充分发挥跨国跨区互联电网的优势，在更大范围内消纳风电。规划中的欧洲“超级电网”（Super Grid）将利用超高压（HVDC）或特高压直流（EHVDC）将欧洲
14、、北非和中东联接在一起。将大西洋的海上风电、北非和中东的太阳能、地热能输送到欧洲的负荷中心。减少碳排放，提高可再生能源的利用效率。,高精度的风电预测,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,丹麦国家电网公司结合三个不同的天气预报系统的结果，对风电功率进行预测，预测主要包括0-6 小时的短期预测和12-36 小时的日前预测。丹麦在24小时时间尺度的预测准确度一般在85%左右。西班牙电网公司作为调度端对风电功率进行预测，除了其本身研究相应的预测方法，还另外购买了三套风电功率预测系统，通过对四套系统加权的方法得到最终的精度较高的预测结果。西班牙对风电在24小时时间
15、尺度的预测准确度一般在90%左右。,启示1：良好的电源结构是接纳风电的基础,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,西班牙电网以燃气-蒸汽联合循环机组为主力电源，辅以足够容量的抽水蓄能机组，电源结构合理，调峰能力优良，为接纳风电打下了良好的基础。从2008年2013年，西班牙电网的新增装机容量基本上全部为风能、太阳能等可再生能源,5年内没有新投产的火电机组，传统能源装机容量基本稳定在6300万千瓦。,启示2：市场机制是接纳风电的必由之路,启示3：风电分散接入方式也应引起高度重视,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,丹麦
16、风电的主要特点是分散接入低压电网，也称为分布式电源（Distributed Generation, DG），除了少部分海上风电外，绝大部份风机分散接入10kV配电网。为了解决分布式电源预测和控制的难题，丹麦将全国电网分为18个电力平衡区。每个平衡区内部再设置若干区域。将平衡区内的风电出力预测和负荷预测结合起来，从而在调度端能够预测这18个电力平衡区之间的电力交换情况，进而安排其他大型发电厂和区外联络线计划。,启示4：既要统筹协调、又要分工负责,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,4、西班牙、丹麦风电发展情况及启示,第2章 风力发电及其并网技术,一、概述,5、吉林电网大范围风电机组切机事故,时间: 2008.04.09 早晨天气情况: 刮风，下小雨。故障位置: 白城至开发变66kV线路(19km) ，距离白城变2.4km。故障类型: 2相短路 (B-C) 发生时间 05:07:54保护动作情况: 线路距离保护与过流保护动作,80ms后三相切除 05:07:55重合成功 80-110ms 后 洮南大通风电场内所有机组跳闸 120-150ms 后 富裕风电场所有风机跳闸 同发龙源、华能场内所有风电机组跳闸,成功=知识+汗水+灵感+机遇,
