风电并网问题研究课件

1、大规模风力开发的电力输送及接入系统的科学问题探讨清华大学电机系鲁宗相 博士/副教授010-NSFC大规模可再生能源电力输送及接入系统研讨会湖北武汉 武汉大学 2009.08.15我国风力发电的发展动态风力发电是可再生能源中技术最成熟，最可能成为传统火电的替代能源发电形式预期2013年风电成本达到常规能源水平风电项目集中开发，三北地区的“风电三峡”，苏北地区的“海上三峡”接入系统问题已经成为制约风电发展的首要问题新建风场普遍距离电网负荷中心较远检测和标准体系不完善，现有技术规范主要针对异步风机1影响风电运行的关键问题“劣质”电源“不可靠”：风速随机性“不可调”：风机调节能力差优质电源可预测可靠可

2、调度2风电场常规电厂能源供给不稳定，有功出力不稳定能源供给稳定，有功出力稳定有功/无功主动调节困难有功/无功可在大范围内灵活调节风电预测难度大，精度低负荷预测精度高，发电计划定制相对容易在风电领域的研究展望3风火互济优化运行风电场的AGC/AVC联合协调控制风机、风电场的静、动态建模风电功率预测优质风电并网型风电的研究框架展望在风电领域的研究展望4风电场就地用户减少多级变电、输配电过程风机工作模式风速较高，多发有功，获取电能效益风速较低，多发无功，少发有功，起无功补偿作用无风时段，利用电网侧的变流器对系统进行无功补偿运行效益电能效益（替代常规火电能源，节能）改善系统终端电压水平（减小线损，降耗

3、）重大灾害性气候条件下保障基本供电需求（电力生命线）离网型风电的研究框架展望建议课题方向课题一:高风电渗透率电力系统建模与分析课题二:电网友好型风电控制技术课题三:电力系统节能减排调度课题四:进一步提高新能源渗透率方法研究5一、高风电渗透率电力系统建模与分析A并网型风电场建模与分析A.1风电场建模及仿真研究A.2风电场无功-电压/有功-频率特性分析B高风电渗透率电力系统建模与分析B.1含风电的电力系统等值建模与仿真B.2稳态计算/优化计算B.3电压稳定性/暂态稳定性/传输极限分析B.4风电场短路试验6课题一 高风电渗透率电力系统建模与分析A.1并网型风场建模及仿真研究考虑尾流效应的风电场静态等

4、值模型基于端口特性拟合的风电场动态等值模型7课题一 高风电渗透率电力系统建模与分析A.2 风电场Q-U特性分析笼型异步机风场 双馈机风场8课题一 高风电渗透率电力系统建模与分析课题进展与现有研究成果内蒙古电力调通中心国家电网公司科技项目北方联合电力有限责任公司科技项目2008.7张家口地区风电运行若干关键问题研究2009.12机网协调子题，含风电的大电网建模与分析2009.10风电场短路试验清华大学2009.8大型并网风电场的无功电压问题分析张家口市供电局科技项目9二、电网友好型风电控制技术A基于微气象学的风电场预测技术B风电场自动电压控制系统(AVC)C风电场自动发电控制系统(AGC)D风电

5、场能量管理系统E风电场控制技术的标准化风机控制技术快速发展电网自动化程度提高风电场自动控制技术相对滞后？10课题二 电网友好型风电控制技术A基于微气象学的风电场预测技术NWP(数值天气预报)风机轮彀处风速/风向风机出力测风点实测风速11课题二 电网友好型风电控制技术B风电场自动电压控制系统(AVC)支援局部电压接入点电压波动接入点电压闪变接入点功率因素接入点电压水平电网对风电场电压控制的要求参与系统AVC控制降低配网网损接入点考核局部优化全局优化自动投切电容器组恒速异步机组风机技术发展直驱风机双馈异步机组固定投切电容器组SVC/Statcom无功补偿技术发展无调节能力有无功调节能力阶梯型调节、

6、人工调节类似同步电机小阶梯调节、自动调节可连续调节12课题二 电网友好型风电控制技术B风电场自动电压控制系统(AVC)续无功源双馈风机 定功率因素运行笼型风机的机端并联电容 投切策略不理想升压站并联电容/电抗 常投或常不投Statcom/SVC等动态补偿设备 缺乏合理的容量整定与控制策略配合电压调节设备ULTC抽头 无控制改善风电场无功-电压状况的关键在于合理配备、协调利用已有装备。据统计，在内蒙电网33个风场中没有一家电压/无功合格率达到90%以上，有将近1/3的风场合格率不足60%。13 风电场AVC系统是一个在现有风机SCADA与变电站SCADA基础上，实现自动闭环、协调控制风场内所有无

7、功/电压调节设备以满足风场并网综合需求的监控管理系统。课题二 电网友好型风电控制技术B风电场自动电压控制系统(AVC)续控制模式系统AVC模式：跟踪调度AVC指令单场AVC模式：确保风场满足并网标准14课题二 电网友好型风电控制技术B风电场自动电压控制系统(AVC)续1.070.97-0.980.98合格域欠补过补过压欠压事件判断模块PCC状态模块预测事件1：电压越限事件2：功率因素不合格事件3：电压波动事件4：系统AVC指令系统指令ULTC抽头风机功率因素控制指令决策模块电容/电抗投切Statcom / SVC调节15课题二 电网友好型风电控制技术B风电场自动电压控制系统(AVC)续风场AV

8、C的控制结构16课题二 电网友好型风电控制技术C风电场自动电压控制系统(AGC)限制变化率无限制电网对风电场有功出力的要求参与系统AGC控制限制出力低渗透率渗透率上升高渗透率调频调峰示范性储能恒速异步机组风机技术发展直驱风机双馈异步机组无储能大规模储能储能技术发展无调节能力有调节能力同步电机17课题二 电网友好型风电控制技术C风电场自动电压控制系统(AGC)续系统结构计划性参与(电力市场、热备)负的负荷实时参与（调频、调峰）风场与AGC关系的三个层次基于日前预测/短期预测基于综合预测技术18课题二 电网友好型风电控制技术C风电场自动电压控制系统(AGC)续风电场AGC三层控制模型控制层功能控制

9、周期预测类型（预测区间/步长）能量管理层 调峰/下爬坡率限制/储能管理10min6h整场日前预测(24h/15min)风电调度层上爬坡率限制/调频1min10min整场/风机超短期预测(15min/1min)风机控制层输出限制控制/平滑控制1s15s风机极短期预测(10s/1s)19风电场能量系统是一套在现有风机SCADA与变电站SCADA基础上，实现自动闭环、协调控制风场内所有有功、无功调节设备以满足风场并网综合需求的监控管理系统。课题二 电网友好型风电控制技术D风电场能量管理系统注册服务任务调度日志用户管理安全认证通信服务数据库服务文本服务实时数据风机模型地理信息天气预报检修数据风功率预测

10、风电场AGC风电场AVC可视化界面可视化层控制层数据/通信层平台层20DFIG并网点储能SVC风机SCADA变电站SCADA数据指令数据指令风电场预测系统风场AGC风场AVC风电场能量管理系统数据指令数据指令课题二 电网友好型风电控制技术D风电场能量管理系统21风电场二次系统防护与安全规范风机数据通信规约风机控制指令规约课题二 电网友好型风电控制技术E风电场自动控制系统标准化22课题二 电网友好型风电控制技术课题进展与现有研究成果内蒙古电力调通中心受风机制造商委托开发受中国华电集团新能源发展有限公司委托开发与内蒙古自治区气象局合作北方联合电力有限责任公司科技项目2010.12电网友好型示范风场

11、将投入试运行2009.10首个风电场自动无功控制系统投将入试运行2009.12风电预测系统将在2个风场投入试运行20102011形成风电场监控系统的相关规范/指南清华大学2010.12风电场AVC将投入试运行23三、电力系统节能减排调度A考虑风电的电力系统机组优化组合B电力系统火-水-风-储能联合优化调度C含风电的电力系统自动电压控制(系统AVC)D利用分布式风电提高局部电网运行经济性的研究24课题三 电力系统节能减排调度B电力系统火-水-风-储能联合优化调度调频风电给电网带来调频负担调峰局部地区风电反调峰特性利用储能进行调峰Minute-scale ave power25课题三 电力系统节能减排调度课题进展与现有研究成果内蒙古电力调通中心2008.7用于实现配电网节能降耗的双馈感应风力发电机组优化运行控制装置的研发 2009.12含风电的内蒙古电网优化运行研究清华大学准格尔旗浩普电力检修有限责任公司科技项目26四、进一步提高新能源渗透率方法研究薄弱电网中的大规模风电送出技术甘肃百万风电送出技术基于公共气象服务的新能源发电预测技术太阳能光伏