《西北大规模风电网对系统的影响(电科院)ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《西北大规模风电网对系统的影响(电科院)ppt课件.ppt（71页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、西北大规模风电网对系统的影响,申 洪中国电力科学研究院2009年3月,主要内容,一、风电发展现状二、风电特性三、风电并网运行对系统影响四、目前研究工作,一、风电发展现状,中国可开发的风能潜力巨大，陆上加海上的总量有7亿12亿kW，风电具有成为未来能源结构中重要组成部分的资源基础。中国的风能资源分布广泛，其中较为丰富的地区主要集中在东南沿海及附近岛屿以及北部（东北、华北、西北）地区，内陆也有个别风能丰富点。此外，近海风能资源也非常丰富。,截至2002年底，全世界风电装机容量：31128MW德国：12001MW 西班牙：4830MW美国：4685MW 丹麦：2880MW印度：1702MW我国：风电
2、场26个，风电机组910台，总装机容量468.42 M W。,电价水平浙江省的两个风电场，鹤顶山风电场和括苍山风电场，是为数不多的上网电价超过1.0元/kWh的风电场，也是现阶段我国风电场上网电价最高的风电场，电价高达1.2元/kWh；我国只有少数风电场，如达坂城风电一场和达坂城风电二场，上网电价低于0.6元/kWh。 存在的问题宣传力度不够，缺乏完善的激励政策，风机制造工艺不过关，没有规划和并网分析工具,吉林通榆风电场事故仿真,2007年当年新增风电装机容量330万千瓦，比过去21年累计总装机容量还高，新增装机增长率147%，累计风机装机容量达到590万千瓦，占全国总装机容量(7.1亿)的0
3、.8%，累计装机增长率127%，大部分采用国内生产的风电机组。2007年风电上网电量约为52亿千瓦时，占全国总电量3.3亿千瓦时的0.16%。,一、风电发展现状,风电上网电价内蒙古：0.54元/kwh吉林：0.61元/kwh河北：0.540.61元/kwh新疆：0.47 0.51元/kwh江苏：0.4365 0.519元/kwh,2007年9月，中国政府公布了可再生能源中长期发展规划，到2010年和2020年，大电网覆盖地区非水电可再生能源发电量的比例分别达到1%和3%以上。按照风电设备制造能力迅速成长的趋势，估计风电装机在2010年达到2000万千瓦，2020年达到1亿千瓦。,国家能源局年把
4、发展风电作为改善电源结构的重要任务之一，分别在内蒙古、甘肃、新疆、河北和江苏等风能资源丰富地区，开展了个千万千瓦级风电基地的规划和建设工作。,根据2008年4月中国水电顾问集团西北勘测设计研究院与甘肃汇能新能源技术设计所共同完成的甘肃酒泉千万千瓦级风电基地规划报告，至2010年酒泉地区风电场总装机容量将达到5160MW，至2020年酒泉地区风电场总装机容量将达到12710MW。,马鬃山2007: 02010: 02020: 4000MW,柳园2007: 02010: 50MW2020:200MW,昌马2007: 02010: 800MW2020:2000MW,桥湾2007: 02010: 60
5、0MW2020: 600MW,北大桥2007: 105MW2010: 1600MW2020: 3600MW,三十里井子2007: 110MW2010: 110MW2020: 110MW,低窝铺2007: 49.3MW2010: 200MW2020: 200MW,2007年底：410.5MW 2010年：5160MW 2020年：12710MW,2008年10月16日，国家能源局在新疆召开“新疆哈密地区千万千瓦级风电基地规划报告审查会议”，规划在哈密东南部和北部的三塘湖淖毛湖风区建设2000万千瓦风电场。其他地区的千万千瓦级风电基地建设规划正在编制中。内蒙古规划建设5000万千瓦，其中蒙西200
6、0万千瓦，蒙东3000万千瓦；河北规划在沿海和北部地区共建设1000万千瓦；江苏规划建设1000万千瓦，其中近海700万千瓦。,二、风电并网特性,（1）风功率特性年利用小时：甘肃酒泉 21702421小时最大出力：输电系统外送功率最小出力：可替代容量，甘肃酒泉为0风功率日特性：决定系统运行控制特点风功率年特性：季节性特点,甘肃酒泉风电基地出力概率曲线,概率,甘肃酒泉风电基地某月每天24小时风速推算风电功率曲线,3月,6月,9月,11月,固定转速风电机组-异步发电机优点：结构简单，成本低，电效率相对高缺点：吸收无功且无功不可控，空气动力学效率低，不能控制转速，机械特性差，噪音大,变速风电机组-双
7、馈电机异步优点：交流励磁，可以调节转速和无功功率，空气动力学效率相对高，变流器容量小，噪音低缺点：部分功率馈入转子，电气效率低，成本较高,直驱风电机组-永磁同步机优点：可以调节转速和无功功率，空气动力学效率相对高，噪音低，无齿轮箱缺点：变流器容量大，电气效率低，发电机大，成本高,风电机组无功特性固定转速风电机组：吸收无功，无功不可控双馈电机、直驱机组：无功功率可控风电机组无功控制方式对无功及电压控制影响固定转速风电机组：不可控双馈电机：恒功率因数控制（功率因数1.0），恒电压控制,故障情况下，电压跌落，当转子电流或直流母线电压升高超过槛值时，穿越功能启动。为了保护变流器，crowbar晶闸管导
8、通，转子侧逆变器的所有晶闸管关闭，转子电流转移至crowbar。 60100毫秒后暂态过程衰减，转子逆变器可以重新启动控制，crowbar晶闸管关闭。转子侧逆变器将在电压跌落开始后80150毫秒后启动，在电压跌落200400毫秒后发电机电流可以达到额定值。,三、大规模风电并网对系统的影响,（1）风电接入系统,(1)单个风电场容量200MW300MW；(2)三级升压，690V/35kV/330kV，省去了110kV电压等级;(3)330kV变电站主变选取，600MW风电配3台180MVA主变；(4)330kV变电站35kV侧安装15%容量的SVC；(5)单回330kV线路接入750kV变电站。,
9、（2）2010年甘肃酒泉风电基地750kV输电规划方案,河西750kV输变电系统输电距离长，输电能力有限，接受哈密送电1000MW情况下，外送酒泉风电能力为1700MW。,风电机组为异步电机，无功角问题，大规模风电并网对系统的影响主要体现在风电功率较大时，系统扰动下线路功率波动和电压波动加剧，使酒泉地区火电相对西北主网的功角失稳。,安装一定比例的串补可以提高输电能力，串补配置方案为安西酒泉30%、酒泉金昌50%、金昌永登40%，其中酒泉金昌50%串补分段配置在线路两侧，安西酒泉30%、金昌永登40%串补集中配置在线路受端；可外送酒泉风电容量为3188MW。,甘肃酒泉风电基地按电量折算出力概率曲
10、线,甘肃酒泉风电基地750kV输电系统采用普通型，安装串补且与新疆电网联网情况下，可以满足外送3270MW风电外送需求，风电等效出力超过3270MW的概率为5%，若满足5160MW风电功率外送，需增加外送线路。,风电电量在全网内平均消纳。风电功率导致的常规电源利用小时数降低应均摊至全网所有常规机组。,风电电力消纳方向取决于系统调峰特性，若考虑水电调峰，则酒泉风电电力主要消纳方向为水电丰富的青海电网。,最大负荷=常规机组出力+风电出力常规机组开机=常规机组出力+最大负荷旋转备用率最大负荷=1000万kW，风电装机=100万kW，旋转备用率=3%,100%风电出力参加电力平衡：风电出力降低，旋转备
11、用将小于3%；风电70%出力，常规机组出力达最大。,50%风电出力参加电力平衡：风电出力降低50%以下，旋转备用将小于3%；风电20%出力，常规机组出力达最大。,风电应不参加电力平衡,风电不参加电力平衡：风电出力为0，旋转备用率3%风电出力增加至100%，旋转备用增加至13%。,（3）无功补偿和电压控制,风电功率波动使750kV输电通道上无功波动频繁，无功补偿设备需随之频繁投切，严重影响设备寿命。可采取的措施主变低压侧动态无功补偿设备；可控高抗；研制可频繁投切的开关设备或开关辅助设备。,主变低压侧动态无功补偿（如SVC等),配置方案,动态无功补偿随有功功率动作情况,电压波动情况,可控高抗,酒泉
12、金昌线路可控高抗,无功损耗,可控高抗控制策略,酒泉金昌线路可控高抗配置方案为：每回线路每侧420Mvar高抗中，210Mvar为固定高抗，210Mvar为可控高抗。,安装分4级调节可控高抗线路无功特性,安装分4级调节可控高抗容量随有功功率变化情况,安西母线可控高抗,安西变电站750kV母线电压已经超过800kV，需要安西母线安装300Mvar可控高抗,短路电流水平：风电机组的短路电流取决于电机参数，对于双馈电机还要考虑转子保护控制的影响。双馈电机当转子短路器动作将机组转子短路后机组的短路电流特性与普通异步机类似，呈现出很快的衰减特性。通常情况下是三相短路电流最大，但是如果在中性点接地变压器附近
13、发生短路故障时，可能单相接地短路电流会更大。,（4）风电场并网安全稳定性,暂态稳定性：功角稳定：风电功率注入，增加了输电线路的功率，故障下扰动增加，功角摇摆幅度增加；电压稳定：固定转速风电机组电压特性差，容易引发电压稳定问题；双馈机组具有调压能力，能起到电压支撑作用，采用电压源型变流器的双馈电机动态特性类似STATCOM；频率：不具备低电压穿越能力的风电机组故障下跳机，有功功率缺额使频率下降；具备低电压穿越能力的风电机组在穿越过程中有功功率降低，也会影响到系统频率。,动态稳定性：风电机组并网运行会影响系统的动态稳定性，主要是机械部分和发电机的弹性系数的影响，研究中需考虑计及风电机组机械部分模型
14、的双质量块模型。风电机组自身采用增加阻尼的控制措施，可以提高机组阻尼特性。风电功率不影响系统振荡模式，但对具体振荡模式的特性产生一定的影响。不同接入方式及系统运行方式下，风电对动态稳定性的影响不同，有改善的情况，也有恶化的情况，因而对具体情况需具体分析。,需要考虑的影响因素： 风速波动下系统暂态稳定性和动态稳定性系统关键断面功率极限低电压穿越能力对稳定性的影响风电机组/风电场动态控制技术要求,风电场有功功率及无功功率控制技术有功功率变化率控制在一定范围内；按照调度要求控制有功功率。风电场并网运行对系统安控措施的影响风电机组并网运行需要采取的安控措施：切常规机组，低频减载，低压减载，解列等；风电
15、场安控措施：切机，降出力等。,（5）风电场及系统运行控制技术,系统调峰能力是满足系统最大负荷需求的开机方式下，在最小负荷时具备的减小出力能力。当风电功率增加时，常规机组应能够减少出力为风电提供空间。,系统调峰特性,从西北电网全网来看，负荷特性较好，日负荷峰谷差较小，水电装机较多，系统调峰能力较强。但甘肃电网水电装机比例较小，且供热机组和自备电厂容量所占比例较高，调峰能力较低，若大规模风电接入电网，需要建设调峰电源，或者全网参与调峰。,当风电场功率下降速度过快时，有功缺额将引起系统频率下降。常规火电机组爬坡速度慢，水电机组调节速度则相对较快。为减小风电功率快速下降的影响，应结合电网内水火电比例及
16、分布特点，优先调节水电机组出力，必要时需考虑配置抽水蓄能电站。 根据风电及系统运行情况，预留足够的水电容量，保证始终具备快速跟踪风电波动的能力。,风电场与系统其他电源协调控制技术,风火打捆通过直流系统外送，当直流闭锁时，送端火电机组需降出力或切机，系统调峰能力下降。若故障发生在低谷负荷时，火电机组出力已降低至最小开机，若此时风电功率增加，火电机组无法降低出力，不能满足运行要求。因而，直流故障时，需按打捆比例限制或切除风电，保证系统安全运行。,风电场与直流输电系统协调控制技术,风电功率快速波动时，系统频率波动，直流系统频率调制功能有利于系统频率稳定。但目前直流运行控制只采用恒电流控制或恒功率控制
17、模式，尽管具有频率调制的能力，但尚无实际应用经验，是否可以应用直流系统频率调制功能改善风电波动引起的频率变化，需结合风电外送的实际情况进行深入研究。,风电场与直流输电系统协调控制技术,（6）电网运行对大规模风电场提出的并网技术要求,1 风电场应具有功功率控制的能力,风电场应安装有功功率控制系统实现以下控制功能：,(1) 在电网故障或特殊运行方式、电网频率过高以及其他电网紧急情况风电场应根据电网调度部门的指令来控制其输出的有功功率。,(2) 正常运行情况下最大功率变化率应满足下表要求：,(3) 紧急事故情况下，电网调度部门有权临时将风电场解列。,单位：万千瓦,2 风电场无功功率及电压控制能力,风
18、电场应安装必要的无功电源，合理配置无功容量，选择正确的无功电压调节方式，使风电场在任何运行方式下，保证风电场并网点的功率因 数在-0.97+0.97范围内快速连续可调，满足风电场并网点电压偏差的要求。,3 风电场应具备低电压穿越能力 当电网发生故障引起电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风电场应保证不间断的并网连续运行。,4 风电场运行所能承受的频率波动范围要求,5 风电场电能质量指标的要求 风电场在并网点的电压偏差、电压变动、闪变以及谐波应满足相关国家标准的规定。,6 对风电场的测试要求,风电场测试必须由具备相应资质的单位或部门进行，并在测试前将测试方案报所接入电网管理部门备案；当风电场装机
19、容量超过3万千瓦时，需要提供测试报告。如果新增装机容量超过3万千瓦，则需要重新提交测试报告；风电场应当在并网运行后6个月内向电网调度部门提供有关风电场运行特性的测试报告。测试内容包括：有功/无功控制能力、低电压穿越能力（LVRT）、电压变动、闪变、谐波。,7 对风电场通信自动化的要求 风电场与电网调度部门之间的通信方式和信息传输需按照电网调度部门的要求进行。 正常运行信号传输：风电机组单机运行状态、风电场高压侧母线电压，每条出线的有功功率、无功功率、电流和高压断路器的位置信息以及测风数据。 故障信息记录与传输：在风电场变电站需要安装记录装置，记录故障情况，并配备至电网调度部门的数据传输通道。,
20、8 风电场应向电网提供风电场模型及相关参数,9 风电场应与接入系统设计同步开展风电场并网专题研究,四、目前开展的研究工作,风电是一种不可控的间歇式能源，大规模集中接入电网必然对电力系统安全稳定运行带来冲击。中国电力科学研究院多年来一直致力于解决风电并网规划和运行控制方面的技术问题，先后承担了风电相关的国家科技部科技支撑计划、国家电网公司科技项目以及区域电网公司的咨询项目，重点解决风电仿真及并网运行的系统问题。,（1）风电机组/风电场模型开发与验证，国家科技部科技支撑计划。研究风电机组的静态与动态数学模型；研究适于工程应用的风电机组等值方法，提出风电机组模型的简化方法；在国内电力系统分析软件中构
21、建风电机组/风电场静态与动态模型，并确定其有效性。,（2）风电场接入电网的稳定性技术研究，国家电网公司科技部科研项目。研究风电场无功电压控制技术；揭示大规模风电接入对电网安全稳定的影响并提出相应的稳定控制措施。研究大型风电场并网运行对系统动态稳定性影响，,（3）华北京津唐电网风电接入及并网运行研究，华北电网公司科技部科研项目。综合考虑系统调峰能力、无功电压特性、系统安全稳定性及电能质量多方面因素，提出了2010年京津唐电网可接受风电合理容量。受系统调峰能力限制，2010年京津唐电网最大负荷水平40000MW，系统备用容量35%情况下，系统可接受风电容量空间为14431763MW。,（4）西北电
22、网风电规划研究新疆及甘肃河西走廊千万千瓦级风电输电规划西北电网接受甘肃酒泉风电能力研究，国家电网公司发展策划部专题研究。西北电网对风电大规模发展适应性研究，国家电网公司发展策划部专题研究。,（5）西北电网大规模风电并网运行控制研究西北区域电网风电开发与利用关键技术研究，西北电网公司科研项目。西北地区风电基地接入系统研究。西北地区大规模风电并网后无功优化配置及电能质量研究。多点直流外送方式下西北电网运行特性研究-风电机组大规模接入系统后对多点直流外送影响的研究，西北电网公司调度中心专题研究。风电功率波动对直流接入点运行的影响。风电机组模型对各直流点送出的影响。研究风电机组和直流控制系统的交互影响。,谢谢！,
