风力发电--并网关键技术概述

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,单击此处编辑母版标题样式,风电并网,关键技术现状及分析,第1页，共30页。,目录,1,、风电并网容量增长迅猛,2,、大规模风电并网给电网带来压力,3,、大规模风电并网技术问题,4,、智能电网关注的风电场重点问题,第2页，共30页。,1,、风电并网容量增长迅猛,2005年国家公布可再生能源法，05到08的4年时间全国风电装机容量由126千瓦增长到1221万千瓦，以每年一翻的速度开展，远远高于世界风电平均开展速度。,2021年我国新增装机容量当年新增世界第一，累计世界第二。,2021年中国不含台湾省,新增安装风电机组12129台，容量，年同比增长124%,累计安装风电机组21544台，容量，年同比增长114%,数据来源：中国风能协会中国风电开展报告2021,第3页，共30页。,1,、风电并网容量增长迅猛,开展风电是改善能源结构和应对气候变化的重大举措，是我国能源战略的重要组成。,我国风能资源主要集中在“三北地区，大多远离负荷中心。,我国积极推进大基地大电网的风电开发模式，一批百万千万级、千万千万级风电基地正在规划,第4页，共30页。,2,、大规模风电并网给电网带来压力,、增大调峰、调频难度,风电的反调峰特性增加了电网调峰的难度。,据东北、蒙西和吉林电网统计结果，风电反调峰概率分别为60%、57%和56%。吉林电网由于风电接入，一年期间峰谷差变大的时间到达210天。由于调峰容量缺乏，吉林、蒙西电网都出现了低负荷时段弃风的情况。,风电的间歇性、随机性增加了电网调频的负担。,根据统计，2021年2月到11月新疆地区风电在30分钟内出力波动超过9万千万到达347次，增加了电网调频的压力和常规电源调整的频次。,风电随机性强、间歇性明显。波动幅度大，波动频率无规律性。,第5页，共30页。,案例：华北电网张家口地区风电对电网调峰的影响,风电出力与电网负荷表现出较强的反调节特性,2,、大规模风电并网给电网带来压力,电网负荷,风电场出力,第6页，共30页。,、加大电网电压控制难度,随着大规模风电场接入电网，电网运行控制出现了很大困难。,据统计，受风电影响：,蒙西电网锡盟灰腾梁风电基地沿线变电站220千伏母线电压全年维持在额定电压的倍；,新疆电网达风变110千伏系统电压长期在113千伏以下，为支撑110千系统电压，达风变220千伏母线电压不得不全年维持在238千伏以上，运行电压调整十分困难，也对输变电设备平安造成了威胁。,风电场运行过度依赖系统无功补偿，限制了电网运行的灵活性。,如：蒙西塔拉地区500千伏无功补偿设备停运时，220千伏系统电压最高升至257千伏。,2,、大规模风电并网给电网带来压力,第7页，共30页。,、局部电网接入能力缺乏,风电场大多处于电网末梢，大规模接入后，风电大发期大量上网，电网输送潮流加大，重载运行线路增多，热稳定问题逐渐突出。,甘肃酒泉地区2007年以来风电、小水电快速开展，送出矛盾加剧，尽管采用了过负荷切机以及变电站分裂运行等措施来提高输送能力，但风电场弃风问题仍然长期存在。,2021年瓜州，玉门地区风电受限幅度分别到达20%，40%。,2,、大规模风电并网给电网带来压力,第8页，共30页。,、风机抗扰动能力差，影响电网平安运行,一是扩大事故范围。,在系统发生小扰动时，风电机组退出运行，使电网承受第二次冲击，导致事故扩大。20212021年吉林白城电网风电场相邻10千伏和66千伏配电系统故障时，风电机组均发生大面积脱网，屡次造成220千伏母线电压及省间联络线潮流越限，给系统运行带来了较大冲击。,二是增加了电网遭受冲击的频次。,甘肃捡财塘和河南清源风电场自投产运行以来，受电铁和冶金等大型用户的影响，频繁因三相电压不平衡未超过国家标准限值保护动作发生风电机组跳闸停机，使电网频繁遭受冲击。,2,、大规模风电并网给电网带来压力,第9页，共30页。,、增加电网稳定风险,风电的间歇性，随机性增加了电网稳定运行的潜在风险。,一是风电引发的潮流多变，增加了有稳定限制的送电断面的运行控制难度；,二是风电发电成分增加，导致在相同的负荷水平下，系统的惯量下降，影响电网动态稳定；,三是风电机组在系统故障后可能无法重新建立机端电压，失去稳定，从而引起地区电网的电压稳定破坏。,2,、大规模风电并网给电网带来压力,第10页，共30页。,、加大收购难度,并网风电容量的不断增加，使无条件全额收购风电的政策与电网调峰和平安稳定运行的矛盾逐渐凸显。为此，有关电网积极采取各种措施，最大努力接纳风电，同时积极与政府有关部门和发电企业进行沟通，在必要时段采取限制风电出力措施来保证电网平安稳定运行。但随着风电接入规模的进一步扩大，矛盾会愈加突出。,我国正处于风电建设的顶峰期，风电所占比例还将进一步增加，目前面临的局限性、时段性矛盾可能转化为全局性，经常性矛盾，成为影响电网平安未定运行的重要因素。,、总体趋势,2,、大规模风电并网给电网带来压力,第11页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,、风电场联网方式和输电规划,风电场联网方式包括接入电网的联网点电压、联网点位置、联网风电规模、交流/直流联网等。根据目前国外和国内的研究成果，这与接入电网的规模、旋转备用、储能系统配置等均有关，这是一个可再生能源与电网的规划问题，目前国内主要依靠仿真软件实现。,输电规划问题主要指大规模风电的长距离、弱连接的远距离输电、海上风电并网，以及电力市场情况下风电跨区交易问题。,第12页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,、风电场联网对电网的友好支持,风电场属于不稳定能源，受风力、风机控制系统影响很大，特别是存在顶峰负荷时期风电场可能出力很小，而非顶峰负荷时期风电场可能出力很大的问题，例如，西班牙风电最大出力时期可以到达电网需求的108%，因此，未来风电场联网后将严重影响电网的平安，因此，电网必须提供足够的手段保持电网的平安稳定运行，同时，电网也会对大规模风电场的运行性能指标爬坡速率、下降速率、功率波动、无功支撑能力等提出要求。,第13页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,、风电场调度,由于风电场一般分布在偏远地区，呈现多个风电场集中分布的特点，风电场每个都类似于一个小型的发电厂，可以模拟成一台台的等值机，这些等值机对电网的影响因机组本身性能的差异而不同，为了实现这些分散风电场的接入，欧洲提出了建立区域风电场调度中心的要求，国内目前只是对单个的风电场建立运行监控，随着风电场布点的增多和发电容量的提高，类似火力发电的监控中心，国内存在建立独立风电运行监控中心的可能。风电场运行监控中心与电网调度中心的协调和职责划分也是未来需要明确的问题。,第14页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,随着风电场规模的扩大，当电网发生故障时，需要风电场继续运行并为电网提供无功支持，1型和2型风机为主的风电场需要提供集中或分散的动态无功补偿装置防止该类风机脱离电网停机。3类和4类风机的设计和运行参数设置要满足WECC LVRT标准的要求。,国际上最新的WECC LVRT标准已经于2021年4月28日讨论表决通过。,、低电压穿越LVRT,第15页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,、无功控制调节,对于安装传统异步发电机和带有可变转子阻抗的线绕式转子异步发电机的风电场，需要配置与发电功率相当的集中动态无功补偿或分散无功补偿装置设计要求，国内前期投运的风场大局部是这种模式。,对于安装双馈异步发电机和全功率逆变连接/直驱型风机的风电场，由于具备了LVRT性能要求，因此，当电网发生故障时，要求参与电网的无功功率补偿以维持系统电压，根据不同的风电场、风机类型和风机群组合进行无功分配和协调控制是风电场运行中的一个重点和难点问题。,第16页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,、风电场及电网储能,为了平衡发电和用电之间的偏差就需要平衡功率。对平衡功率的需求随着风电场容量的增加而同步增长。根据不同国家制定的规那么，或者风电场业主、或者电网企业负责提供平衡功率。一旦输电系统调度员与其签约，它将成为整个电网税费的一局部，由所有的消费者承担。,加州ISO建议由第三方提供储能设备，政府应为此制订相应的优惠政策，因为一般的储能设备除飞轮储能外80-90%，多数只能最多到达75%的能源转换效率，因此，如果要调动风电场业主或电网业主增加储能设备，必须有相应的补偿和优惠政策。,美国加州ISO已经研究了抽水蓄能储能、钠硫简称NAS电池、飞轮储能等方式的电网和风电场储能方式，正在进行制氢储能、压缩空气储能、液流电池储能、超级电容储能、即插式混合交通工具电网PHVG储能、锂离子电池储能等工程研究工程的跟踪。,第17页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,、风电场发电方案,电网的系统频率和 AGC调频与风电场的出力密切相关，因此准确预测每天的风电场出力并进行实时经济调度是风电场监控中心和电网调度中心的一项重要工作。,随着风电场规模的增加，欧洲、美国同样面临风电场调度和发电方案编制问题，因此，要与气象预报系统紧密结合，即使大规模的风电场，每天风力发电预测的误差也可到达7-9%加州ISO。,电网侧如何进行实时风力发电预测并进行实时经济调度也是一个重点问题。,西班牙风电开展史上的里程碑是1997年实施的?电力法?。这部法律最重要之处在于设立了一个“双向义务机制：一方面，国家电网有义务购置所有生产出来的可再生能源，另一方面，这些发电厂有义务通知西班牙国家电网，将会供给多少可再生电力能源。如何提前预见未来一天、一个月、一年的风能大小，并测算出风电场产量，成为“双向义务机制交给西班牙风电场的义务。如果预测不准，风电场要向电网缴纳罚款。这是西班牙风电制度与别国不同的一点。,第18页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,、海上轻型直流输电并网,欧洲的海上风力发电2021年到达2500万kW，2021年到达4300万kW，2030年要到达11700万kW，因此，海上风电场联网也是欧洲一个重要考虑的问题，欧洲方案采用网格式的HVDC联网工程将未来欧洲海上风电并网。,我国近海和三峡水上大型风电场联网问题也是电网规划中一个重要的研究内容。,第19页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,、风能占电网规模的比例及影响,原那么上电网有多大的备用容量就可接入多大规模的风电场考虑爬坡问题，目前，欧洲电网的风电比例是4%，未来2021年要增加到12%，加州电网的风电要新增410万kW到达可再生能源占比20%的要求。,为了提高电网容纳可再生能源的比例并保持电网的平安稳定运行，一方面电网需要增加抽水蓄能电站、快速启动的燃气电站建设，另一方面风电场要装备本地储能设备和增加机组控制能力，满足电网各种运行状态下正常、故障、暂态、动态电网平安稳定运行要求，因此，该问题的解决应由电网侧、风电场侧和与风力发电有关的利益方共同解决。,第20页，共30页。,3,、大规模风电并网技术问题,、风电电能质量,电压偏差、电压变动、谐波、闪变。,、并网标准适应性,根据目前各国风电并网的标准要求，没有一个完全一致的并网标准，因此，各个电网需要根据一个通用的LVRT导那么，根据本身电网接入条件确定可再生能源联网的具体细那么，这需要根据大量的各种规模的风电场接入仿真研究工作来确定，因此，必须借助仿真系统来实现。,第21页，共30页。,1、风电场模型和参数符合PSCAD或EMPT格式，效劳于电网对风电场三态研究,包括WTG、SVC，SVG等,4、智能电网关注的风电场重点问题,国际上最新的WECC LVRT标准已经于2021年4月28日讨论表决通过。,电网的系统频率和 AGC调频与风电场的出力密切相关，因此准确预测每天的风电场出力并进行实时经济调度是风电场监控中心和电网调度中心的一项重要工作。,数