风电并网问题探讨

1、风电并网问题探讨第1页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四我国风电并网发展特点123大规模风电并网面临问题大规模风电并网的新技术第2页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四我国风电并网发展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。高集中甘肃、内蒙等六省区七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

2、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公里。第3页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四我国正在建设世界上最强大的电网系统发电装机容量截至2009年底，全国发电设备容量87407万千瓦， 其中华北、东北、华中、华东都接近或超过1亿千瓦世界上电压等级最高的交直流输电工程特高压发展：到2015年建成华北、华东、华中（“三华”）特高压同步网，形成“三纵三横一环网”。高压直流输电：用于水电的西电东送出和区域电网互联风电集中的地区是电网的薄弱环节，其发展速度远滞后于风电发展。风电送出项目已列入电网公司“十二五

3、”规划。欧洲规划超级电网整合新能源我国风电并网发展特点第4页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四我国风电并网发展特点第5页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四内蒙古电网通过两个通道共四回500千伏线路向华北电网送电。 规划在十一五末和十二五期间建设临河北等9座500千伏风电汇集站、多条输送风电的500千伏线路及多个汇集风电的220千伏输变电工程，总投资超过百亿元。 内蒙古自治区规划多个百万千瓦级风电基地，风电接入电网距离少则几十公里，多则一、二百公里以上，风电接入单位投资达到火电接入的30倍以上，电网投资能力不能 满足风电发展的需要。为风电接入，电网不但需加大5

4、00千伏主网架的投资，而且需进一步加强电网结构和电网改造，从而加大电网投资压力。国家电网已于2008年3月开工建设兰州-酒泉-瓜州的750kv超高压输变电工程项目，风电基地电能送往东部地区的电力负荷中心 我国风电并网发展特点第6页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网面临问题问题产生原因：风电：清洁的劣质电源，不可靠、不可预测、不可调度电网：电源结构不合理和电网建设的相对滞后“建设大基地，融入大电网”的发展规划与欧洲“分散上网，就地消纳”不同，大规模风电并网给电网带来的理论和技术难题，对电网公司是严峻挑战，同时对风电设备的发展也提出新的要求。第7页，共28页，202

5、2年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网面临问题间歇性风电对电网的影响：恶化系统电压水平、导致线路传输功率越线、系统短路容量增加、系统暂态稳定性改变电网末端电能质量对风场影响：电网扰动导致风电场的解列，不平衡电压会造成机组振动、过热。第8页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术电网：接纳风电技术手段和经济政策的努力加强风电地区电网建设及风电输送线路建设调整电源结构，风电、水电、火电及储能的优化运行与打捆输送建设抽水蓄能电站，研发新型储能技术配置能适应间歇性电源的负载提高电网对风电的调度管理能力第9页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四

6、大规模风电并网的新技术风电产业风电机组及风电场的建模风电场的能量管理系统变流器的控制系统风电基地中风电场的联网技术第10页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术风电机组及风电场的建模机组模型：作为机组性能和特点的展示方式之一，揭示联网运行风电机组的动态特性，寻找设备本身的优点和不足，提供改进建议；风电场集总等值模型：研究电网允许风电接纳能力、电网潮流计算与无功优化计算、风电接入对电网暂态稳定性影响等、风电场的无功电压和有功频率特性分析。第11页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术风电机组及风电场的建模电力系统分析软件：B

7、PA、EMTP、PSS/E、PSASP、DIgSILENT等DIgSILENT提供风力发电机仿真模型，但并不完善，也不能适用于不同厂家机型由于风机类型的多样性、参数复杂，风机厂商需自己开发仿真模型，并经过实际运行数据验证。第12页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四双馈风力发电机组主电路的PowerFactory模型 双馈机组控制系统的PowerFactory模型框图 第13页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四有功无功功率控制模型 转子电流控制模型 网侧换流器控制模型 第14页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术风电场能量

8、管理系统（EMS）具有风电场的监控、功率预测、风机有功无功协调控制功能，可以与电网调度的AGC、AVC系统接口，使接入风电场与接入地区电网相互协调配合运行。包括SCADA系统、风电功率预测、风电场并网控制、风电场有功出力控制、风电场无功出力控制、风电场频率调节控制、风电场电压调节控制、故障诊断等模块。第15页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术电网友好型风电场（Grid Friendly Integration of Wind Turbines）并网和离网控制有功变化率控制：限制风场风速变化时的有功变化率故障穿越能力：电网扰动时不切机调节风电场电压和功率频

9、率响应控制：一次调频提供无功支持当系统电源或负荷变化时提供惯性第16页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术GE公司的风电场管理系统模块WindSCADAWindVARWindCONTROLTMWindFreeTM Reactive PowerWindRIDE-THRUTMWindINERTIA第17页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术变流器控制技术对电网动态支持拓扑结构和有功无功解耦控制已经成熟存在问题：隔离了发电机对电网的频率响应，相当于减小了电力系统惯性。电力系统惯性：反映了系统阻止电源或负荷变化的能力。所有同步

10、发电机和部分负荷对系统惯性有贡献第18页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术变流器控制对电网动态支持低频功率振荡是大型同步电力系统常见问题风电电源远离负荷中心，长距离跨区输送电力可能影响整个系统的小干扰稳定性。系统惯性减小后，功率突变引起频率的变化量增加，影响系统的频率稳定。虚拟惯性技术：在独立的有功无功控制上增加频率调节器和PSS辅助环节第19页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术Outer control loop diagram of VSC for network supportSupplementary co

11、ntrol loop for frequency regulation Supplementary control loop for PSS第20页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四动态频率支持 (a)无虚拟惯性环节 (b)有虚拟惯性环节PSS (a)无虚拟惯性环节 (b)有虚拟惯性环节第21页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术风电基地的风电场互联多端直流系统大型风电基地尤其是海上风力发电场的迅速发展，对传统输电技术提出了新的挑战。容量增大，对输电系统可靠性、稳定性要求更高直流输电优势有：快速的功率控制；直流电网没有无功环流和稳定性问题

12、。第22页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术风电基地的风电场互联多端直流系统电压型直流输电的优势：可连接无源网络和弱交流系统，不会出现换相失败；可实现独立的有功和无功控制，可控性更好；功率反转时电压极性不变，易于构成多端直流系统。第23页，共28页，2022年，5月20日，5点9分，星期四大规模风电并网的新技术风电基地的风电场互联多端直流系统研究多端直流系统的意义：当VSC用于百万千瓦大型风电基地，可能需要多个VSC换流站及输电线路。 通过多端直流系统互联，可以增加风电场功率输送的可靠性和灵活性。 对提高大型风电场并网的可靠性、输电的灵活性、改善交流电网电能质量等，具有重要的理论和实际价值。第24