风力机的频率对系统的影响

新疆大学《风力发电基础》大作业题目：风力机的频率对系统的影响风力机的频率对系统的影响1•能源危机的时代1・1火电对环境的影响能源是推动社会进步和人类赖以生存的物质基础，随着社会的发展人对电的需求量逐渐增加。目前，全球能源消耗速度逐年递增，大量能源的消耗，已带来十分严重的环境问题，如气候变暖、生态破坏、大气污染等，并且传统的化石能源储量有限，过度的开采利用将加速其耗竭的速度。在中国由于长期发电结构不合理，火电所占比例过大，由此带来了日益严重的燃料资源缺乏和环境污染问题。对于可再生能源的开发和利用变得颇为急切。1•2风能的优势在各种可再生能源利用中，风能具有很强的竟争力。风能发电在技术上日趋成熟，商业化应用不断提高，是近期内最具有大规模开发利用前景的可再生资源。经济性方面，风力发电成本不断降低，同时常规能源发电由于环保要求增高使得成本进一步增加;而且随着技术的进步，风力发电的成本将有进一步降低的巨大潜力。风能作为可再生能源的发电优势在于清洁、无污染,其不足之处在于它们是随机的能源,其与生俱来的不稳定性会对电网的调度、管理带来不便。对风力发电而言，还需要有配套的预报措施和储能装置，需要具备调峰能力，需要整个电网走向智能化;同时，我国风能资源丰富的地区往往是电网相对薄弱的地区，风力发电面临着电网不堪重负的问题;此外，风能和太阳能发电的成本仍高于常规能源，还需要国家实施电价补贴。因此，新能源发电要实现并网并且传输到负载终端，不仅要求发电企业加大投入保障发电的安全性与稳定性，而且要求电网企业加大电网建设和先进电网开发力度。2•我国风能资源的分布我国的海洋和陆地风能资源很丰富，江苏位于东南沿海，海上风能资源有很大的开发潜力。江苏省如东县建设了我国第一个风电场特许权示范项目。该项目是国内迄今为止最大的风电场项目，其一期建设规模为100MW，单机容量1MW，100台风机，全部采用双馈感应发电机。江苏省盐城也正在准备建风电场，但目前江苏乃至全国的风力发电技术都还不成熟。中国10米高度层的风能资源总储量为32.26亿千瓦，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿千瓦。东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区，有效风能密度大于或等于200瓦/平方米的等值线平行于海岸线；沿海岛屿有效风能密度在300瓦/平方米以上，全年中风速大于或等于3米/秒的时数约为7000〜8000小时，大于或等于6米/秒的时数为4000小时。新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富的地区，有效风能密度为200〜300瓦/平方米，全年中风速大于或等于3米/秒的时数为5000小时以上，全年中风速大于或等于6米/秒的时数为3000小时以上。黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛的风能资源也较好，有效风能密度在200瓦/平方米以上，全年中风速大于和等于3米/秒的时数为5000小时，全年中风速大于和等于6米/秒的时数为3000小时。青藏高原北部有效风能密度在150〜200瓦/平方米之间，全年风速大于和等于3米/秒的时数为4000-5000小时，全年风速大于和等于6米/秒的时数为3000小时；但青藏高原海拔高、空气密度小，所以有效风能密度也较低。云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部、福建、广东、广西的山区及新疆塔里木盆地和西藏的雅鲁藏布江，为风能资源贫乏地区，有效风能密度在50瓦/平方米以下，全年中风速大于和等于3米/秒的时数在2000小时以下，全年中风速大于和等于6米/秒的时数在150小时以下，风能潜力很低。3•频率的确定和偏差范|3•1电压等级和频率偏差的确定现代电力系统的频率即电力系统中的同步发电机产生的正弦基波电压的频率。频率是整个电力系统统一的运行参数，一个电力系统只有一个频率。我国和世界上大多数欧洲国家电力系统的额定频率为50Hz。美洲地区多数是60Hz。大多数国家规定频率偏差±0.1〜0.3Hz之间。在我国，300万kW以上的电力系统频率偏差规定不得超过±0.2Hz；而300万kW以下的小电力系统的频率偏差规定不得超过±0.5Hz。由于大机组的运行对电力系统频率偏差要求比较严格，因此有些国家对电力系统故障运行方式的频率偏差也作了规定，一般规定在±0.5〜±1Hz之间。超过允许的频率偏差，大机组将跳闸，这不利于系统的安全稳定运行。在电力系统内，发电机发出的功率与用电设备及送电设备消耗的功率不平衡，将引起电力系统频率变化。当系统负荷超过或低于发电厂的出力时，系统频率就要降低或升高，发电厂出力的变化同样也将引起系统频率变化。3・2我国频率偏差的范围我国电网的频率变化范围是±1Hz。因为频率调节惯量较大，范围小容易引起电网振荡，作过温控或恒压的人应该理解。在大网并网前，兰州地区的电网频率在50.5Hz以上，上海地区在49.5Hz左右。现在的大网并网有利于电网频率及电压稳定。表1.1频率偏离下的风电场运行电网频率范围要求<49Hz根据风电场发电机组允许运行的最低频率而定49〜49.5Hz每次频率低于49.5Hz时要求至少能运行10min49.5~50.2Hz连续运行50.2〜51Hz每次频率高于50.2Hz时，要求至少能运行2min；并且当频率高于50.2Hz时，没有其他的风电机机组启动>51Hz风电场机组逐步退出运行或根据电力系统调度部门的指令限制功率运行3•3负荷和频率的相互影响在电力系统内，发电机发出的功率于用电设备及送电设备消耗的功率平衡，将引起电力系统频率变化。系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。当系统负荷超过或低于发电厂的出力时，系统频率就要降低或升高，发电厂出力的变化同样将引起系统频率的变化。在系统有旋转备用容量（运行备用容量）的情况下，发电厂出力能力通过频率调节器较快地适应负荷的变化，因此负荷变化引起的频率变化值较小。若没有旋转备用容量，负荷增大引起的频率下降较大。电力系统的负荷始终随时间在不断地变化，要随时保持发电厂的有功功率的平衡，维持系统频率，因此，电力系统应具有一定的旋转备用容量，一般运行备用容量要求达到1%〜3%。风力发电机组的最大功率变化包括1min功率变化和10min功率变化，也可根据风电场所接入系统的电网状况、风力发电机组运行特性及其技术性能指标等，由电网运营企业和风电场开发商共同确定。在风电场并网以及风速增长过程中，风电场功率应当满足此要求，也适用于风电场正常停机，可以接受因风速降低而引起的超出最大变化率的情况。表1.2风电场最大功率变化率推荐值风电场装机容量/MW10min最大变化量/MW1min最大变化量/MW<3020630~150装机容量/1.5装机容量/5>15010030大型电网具有足够的备用容量和调节能力，风电接入，一般不必考虑频率稳定性问题。但对于孤立运行的小型电网，风电带来的频率偏移和稳定性问题是不容忽视的。为巴证电网的安全稳定运行，正常情况下，电网应留有2%〜3%的机组旋转备用容量。由于风电具有随机波动特性，其发出力随风能大小变化，为保证正常供电，电网需根据并网的风电容量增加相应的旋转备用容量，风电上网越多，旋转备用容量也越多。为了满足风电机组并网运行，必须以降低网内其他电厂和整个电网运行的经济性作为代价。防止系统低（高）频率运行的对策，主要是提高日负荷曲线预测精度，使计划开机的发电出力于实际的负荷偏较小；充分发挥AGC的功能，严格要求在正常运行方式下系统频率偏差不大于规定值。在故障情况，系统频率下降时，动用系统旋转备用容量，进行低频率减负荷自动切除部分次要负荷；当频率升高时，快速减少发电机出力，甚至进行高频率切机，使系统频率尽快恢复在额定值附近。目前，多数电力系统高峰容量不足，可能出现低频率运行。在这种情况下，可用适当的丰谷电价差，鼓励用户避开蜂用电或减少用电；用电大户在实行计划用电的电网中不超过指标用电。要保证系统频率质量，只有电力部门和用户共同努力才能实现。4•结论通过这个文章，我再深刻的了解风力机的频率和系统之间的相互影响。电网频率＜49Hz的时候，根据风力机的允许频率再不能降低。若这样情况下风力机继续运行的话，则引起风力发电机的发热，最后把电机烧坏，所以这样情况下我们为了保证电力系统的平衡，调度部门来切除有些不重要的负，保证继续供电。电网频率49〜49.5Hz时，如果频率下降到＜49.5Hz，则风力机只能运行10min。若继续运行，则发电机频率直接影响系统频率的偏差，最后还是风力机的电机发热烧坏。电网频率49.5〜50.2Hz时，风力机能实现连续运行，对电网来说没什么不大的影响。电网频率50.2〜51Hz时，如果频率＞50.2Hz，只能运行2min。若继续运行引起系统频率的上升，所以不能启动其他的风力机，这样也能避免电能的浪费性。电网频率〉51Hz时，风力机在轻载运行，所以风电场机组逐步退出运行或着电力系统调度部门限制电力发电厂的功率。三考文献【1】风力发电基础/王海云、王