风电场并网的若干问题研究-开题报告

中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化论 文 题 目 ： 风电场并网的若干问题研究指 导 教 师 :2013 年 3 月 20 日毕 业 论 文 开 题 报 告1 结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述能源是人类赖以生存的物质基础和推动社会进步的重要条件，洁净的环境和充足的能源是经济持续发展的基础条件。随着经济的迅速发展，全球能源消耗的速度逐年增加，人们对煤炭、石油、水电等能源的开发和利用已经达到很大的规模，而这些能源是有限的，不能满足人类长远发展的需要 1。为了构建一个稳定的可持续发展的未来社会，尽快走出燃煤时代，各国都在不断追求不污染环境的清洁能源。目前，还没有任何一种能源具备比风能更多的优点。风能是发展最快的新型能源，其最主要的利用形式就是风力发电。风是由于太阳照射到地球表面产生的温差引起大气运动形成的，它是风力发电的原动力 2。据世界风能协会(GWEC)的统计，2010 年全世界风力发电装机容量 194.4GW(风车约17104 台) ，比 2009 年的 158.7GW 增加了 22.5% 。自 20 世纪 90 年代以来，风力发电装机容量呈指数级增长。目前世界电力约 2%由风电供应，欧盟(EU)平均约 5%由风电供应，到 2020 年全球风电供应量将占电力供应总量的 12%3。根据 2010 年 10 月 GWEC 和绿色和平国际组织 Greenpeace)的预测，今后 20 年风力发电将成为世界主力电源。 2030 年装机容量将达到 23108kW，可供应世界电力需求的 22%4。我国风力发电起步较晚，于 20 世纪 70 年代，由于风能发电本身的优越特点及国家政府的大力支持，所以风力发电在我国的发展迅猛。近几年来，我国风电装机容量成倍增长，到 2010 年装机容量达到 41830MW，并超过美国占全球第一 5。根据我国风电发展预测,到 2020 年底全国风电总装机规模达到 12000 万 kW;到 2050 年底, 全国风电总装机规模达到 50000 万 kW;风电规模化发展,使各项技术经济指标进一步提高,风电企业的竞争力和盈利能力明显增强。2030 年以后水能资源大部分也开发完, 海上风电进入大规模开发时期,有可能形成 “东电西送”的局面 6。随着风电在我国开发力度的加大，风力发电正逐步走向规模化和产业化，风力发电在电网中的比例越来越大，大量大容量风电场直接接入高压输电网，由于风力资源分布的限制，风电场大多建设在电网的末梢，网络结构相对薄弱，风电并网已对电网的安全稳定、调度运行等诸多方面带来影响，并成为制约其容量和规模的严重障碍 7-8。因此，研究风电场接入系统对电力系统产生的问题，为风电发展的政策制定、风电场的设计和并网运行提供技术依据，具有重要的理论意义和实用价值。通过查阅资料，了解到目前风电场并网还是存在一些问题的，主要有风电接入对电网电压稳定性、电网频率、继电保护、电能质量、调度等产生的问题。风能具有的间歇性和随机性，随着风电场规模的日益扩大，对电力系统电压稳定性的影响也越来越明显。风电场对电压的影响主要包括电压波动，闪变以及波形畸变电压不平衡等 9。目前，解决电网电压稳定问题的方法主要有：无功补偿和无功的合理分布；带负荷调压变压器调压；无功补偿和调压变压器综合调压；适当增大导线线径和装设并联电抗器等。对风龟并网所引起的电压稳定问题，通常采用在风电场母线上安装电容器组以补偿风电机组无功需求的方法 10-11。风电机组的大量投运，在电网频率发生变化时将给电网频率调节带来一定隐患 12。负荷特性在频率控制中起着重要作用，系统最终的频率特性由发电机组的频率调节特性和负荷的频率特性共同决定 13。同时，部分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。风电场的接入对系统频率的影响取决于风电场容量占系统总容量的比例，当风电场容量在系统中所占的比例较大时，其输出功率的随机波动性对电网频率的影响会比较显著 14。为了减少风电机组的频繁投切对接触器的损害，在有风期间风电机组都保持与电网相连，当风速在起动风速附近变化时，允许风电机组短时间电动机运行，因此风电场与电网之间联络线的功率流向有时是双向的 15。所以，风电场继电保护装置的配置和整定应充分考虑到这种运行方式。风电场保护的技术难点是怎样根据有限的故障电流来识别故障的发生，使保护装置快速而准确的动作 。目前风电企业普遍存在专业人员缺乏、工作经验不足、电流互感器 10误差未校核、二次电缆沟道未敷设、直流系统电压电流稳定度和纹波系数未定期检测等，并对几方面典型问题的处理方法进行了介绍 16。随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网电能质量的影响引起了广泛关注 。风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率呈波动性，可能会影响电网的电能质量，如电压偏差 、电压波动和闪变 、谐波等 17。风电场并网运行所带来的电能质量问题与风电机组类型以及网络结构有关，应在风电场的规划阶段做好电能质量的评估工作，防止风电场接入电网后出现电能质量问题 18-19。传统的调度发电计划的编制及实施 ，完全基于电源的可靠性和负荷的可预测性 。当系统风电容量达到一定的规模后，风电的随机性和不可预测性会给传统的调度发电计划的安排和实施带来问题 。目前风速以及风电场输出功率的预测水平还没有达到很高的精度，这给风力发电并网后电力系统调度计划和运行方式的制定带来了一定的困难 20。由于风能资源有着间歇性和随机性的特点，因此大规模的风电并网将对电网的电压稳定性、系统频率、电能质量、继电保护以及调度计划等产生一定的影响对风电功率进行比较准确的预测，有利于电力系统调度部门及时调整调度计划。随着风力发电在我国的不断发展，协调风电场并网对电力系统的影响，完善风电并网技术，依然需要进行大量的研究。参考文献：1 闫学斌.离网型风力发电的应用前景 J.农村电气化,2010 ， （1）:20.2 林锷钊. 浅谈风力发电的优势及其对电网的影响J. 科技促进发展(应用版),2012,（6）:165-166.3 Jones, Lawrence. Grid Operators Harness Large-scale Wind Power. J POWERGRID International,2012,17(5):16-214 罗承先.世界风力发电现状与前景预测J.中外能源,2012,17(3):24-31.5 McDowall, Will;Ekins, Paul;Radoevi, Slavo;Zhang, Le-yin. The development of wind power in China, Europe and the USA: how have policies and innovation system activities co-evolved? J. Technology Analysis and Strategic Management,2013,25(2): 163-185.6 韩明刚，程丽娟.浅析风力发电J. 黑龙江科技信息,2012, （36）:55-56.7 陈雯. 我国风力发电的现状与展望J. 应用能源技术,2010, （8 ）:49-51.8 霍兰茹. 大型风电场并网对电网的影响分析J. 内江科技,2012, （6 ）:47-48.9 李中成 ，张步涵 ，刘涤尘等风电场并网系统的电压稳定性分析及改善措施(J)湖北工业大学学报， 2012，27(1)：22-2510 付伟，熊阳，郑国并网风电场对电力系统电压稳定性影响的研究(J)技术与市场，2011，18(8)：111-112 11 林莉，陈亚宁，周溶等并两型风电场电压稳定研究(J)华东电力，2008，3(36)：58-6112 Trinh Trong ChuongVoltage Stability Investigation of Grid Connected Wind Farm(J)Ontario Hockey Now，2009，Vol.42：379-383 13 孙洪宇 双馈感应风电机组在电网频率变化时的响应特性分析(J)黑龙江电力，2012，35(5)：379-38314 韩民晓，崔军立，姚蜀军大量风电引入电网时的频率控制特性(J)电力系统自动化，2008，32(1)：29-3315 邓恩思大型风电场运行的特点及并网运行问题的探讨 (J)广西电业，2010 ，(8) ：80-83.16 王彬，王秀丽，云雯贤风电场并网运行安全性评价中继电保护专业典型问题分析 (J)内蒙古电力技术， 2011，29(5)：27-29.17 任大江风电场并网对电网电能质量的影响 (J)科技信息，2012 ，(23)：380-382.18 白鸿斌，王瑞红风电场并网对电网电能质量的影响分析 (J)电力系统及其自动化学报，2012，24(1)：120-124.19 Chen, Z.;Spooner, EGrid Power Quality with Variable-Speed Wind Turbines (J)Power Engineering Review, IEEE，2001 ，21(6) ：70.20 王粤，肖进永，栗然大规模风电场并网的经济调度建模和决策算法 (J)电气应用，2009，28 (12)：50-55. 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题主要研究风电场并网所产生的若干问题，需要在了解风电机场运行特性的基础上，研究风电场并网对电网的影响。这就需要掌握风电场运行特性及电力系统运行特性，同时熟悉电力系统分析等相关知识，通过查阅大量相关资料，分析目前风电场并网所存在的一些问题。在风电场并网产生的若干问题研究过程中，拟利用 PSD 软件中的 BPA 潮流程序，对风电场并网前后运行状态进行分析。并且研究当系统发生故障时，如系统中某发电机停机、某线路故障，这些状况下，电网的运行状态。通过对比潮流图中各线路上流过的功率是否超过额定值，判断电网是否能正常运行。在电网运行中，无功补偿有着不可或缺的重要位置，所以本文通过对比风电场无功补偿为零和投入无功补偿两种状态，分析其不同。另外，利用 PSD 软件进行