2022风力发电并网问题研究

风力发电并网问题研究2目 录一、风电发展及并网问题二、风电场接入电网技术规定三、风电并网智能化技术30

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20082000400060008000100001200014000年份中国风电装机中国风电累计装机容量（MW）0

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200820,00040,00060,00080,000100,000120,000140,000年份世界风电装机世界风电累计装机容量（MW）十年年均增长31.8%十年年均增长70%（一）全球风电发展概况2008年我国发电装机容量约为7.9亿kW，人均约0.6kW。预计2020年全国发电装机容量12-16亿kW。人均约1kW。远景预测到2030-2050年，达到人均1.5kW，按全国16亿人口计算，需要发电装机24亿kW。常规能源发电最大可能提供的装机构成：煤电9.6亿千瓦，占40%；水电3.6亿kW,

占15%；核电

2.6亿kW，占10%

；气电1.2亿kW，占5%，共计17亿kW，距需求24亿kW相差7亿千瓦约30%，需要非水的可再生能源发电提供。计入常规水电，可再生能源发电装机占总装机容量45%。（二）2050年我国发电装机容量和构成（三）全球风电发展目标美国2030年风电发展目标美国能源部2008年5月公布的计划，到2030年风电装机将达到3亿千瓦

，将满足美国20%的电力需求。欧盟2030年风电发展目标风电装机将达到3亿kW，其中50%是海上风电，750万千瓦是重建项目，欧洲电力消费的25%将由风电提供。风能将成为欧洲的主要替代能源。全球

2020年风电发展目标风电装机将达到15亿千瓦5西北电网华中电网台湾千万千瓦风电基地华北电网华东电网东北电网71.风电建设与电网发展不配套风电发展规划侧重于资源发展规划，与电网发展规划不协调，在一些地区的风电发展规划中缺乏具体的风电送出和电力消纳的方案。大规模风电基地建设需要从国家层面统筹考虑输电线路、网络结构及落点等问题。（四）我国风电发展中的问题82.风电与常规电源之间缺乏协调风电规划与常规电源规划之间缺乏协调，部分地区风电与常规电源之间存在电力与电量竞争的现象，风电大规模开发显著降低了常规电源的年运行小时数。调峰电源制约了系统接纳风电的规模，致使部分地区在负荷低谷时限制风电出力。（四）我国风电发展中的问题93.风能资源分布与电网资源配置能力风能资源与电力需求大体上呈逆向分布陆上风能资源主要分布在西北、华北、东北地区；电力负荷中心集中在东部、中部地区。经济发展与风能资源分布的不平衡，决定了我国风电的大规模开发，必须通过电网在全国范围内优化配置。（四）我国风电发展中的问题10难度。4.电力系统安全稳定运行问题（1）风电对电网调峰的影响风电出力具有随机性、间歇性、大规模风电接入导致电网等效负荷峰谷差变大，即反调节特性明显，增加了系统调峰难度。（2）电压控制难度增加风电出力变化范围大，且具有随机性，在风电场不能参与电压控制的情况下，显著增加了电网电压控制的（四）我国风电发展中的问题1149.8发电

用电

常规

电源

用电负荷电网风电用电负荷随机变化负荷预测精度较高发电出力可调节原动机功率可控风电功率变化大且不可控，预测精度低4.电力系统安全稳定运行问题（3）调频问题50.0Hz50.2（四）我国风电发展中的问题124.电力系统安全稳定运行问题（3）调频问题风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整。我国现行标准没有对于风电机组参与系统调频提出要求，现有运行风电机组均不参与系统频率调整。由于风电机组不能有效参与电网频率调整，电网频率调整必须由传统电厂分担。在大规模风电接入电网的情况下，随着风电装机容量在电网中比重增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，需同步配套相应容量的调频电源。（四）我国风电发展中的问题134.电力系统安全稳定运行问题（4）未经检测认证的风电机组并网运行使电力系统遭受冲击河南三门峡地区曾发生过当电网三相电压不平衡度未超过国标规定限值时，由于风电机组三相电压不平衡耐受度不满足要求，电气化列车通过时2.5万千瓦风电机组退出运行的情况。（四）我国风电发展中的问题145.风电机组性能问题风电机组缺少支撑电力系统安全稳定运行的控制性能以低电压穿越能力为例低电压穿越能力是指在电网运行中，当系统出现扰动或远端（近端）故障时，可引起局部电压的瞬间跌落，期间电源维持并网运行的能力。风电机组应具有低电压穿越能力，以防止在系统出现扰动或故障情况下脱网停机，对电网造成更大冲击。我国并网风电机组中由于未配备快速无功补偿装置或相应控制系统（我国没有这方面的要求）均不具备低电压穿越能力。（四）我国风电发展中的问题155.风电机组性能问题风电机组缺少支撑电力系统安全稳定运行的控制性能由于风电机组不具备低电压穿越能力导致的大范围风电切机情况，在东北吉林电网及西北电网的甘肃玉门风电场、甘肃安西中广核大梁子风电场、宁夏贺兰山风电场都发生过。电网扰动，不是非常严重带有变频器的风电机组切机大量风电切除导致有功缺额，引起系统频率降低、潮流大范围转移、部分母线电压过高或过低。（四）我国风电发展中的问题166.电网调度运行支撑技术问题风电功率预测技术的推广问题尚未建立风电调度决策支撑系统7.技术标准与管理规范问题我国的风电并网导则标准偏低风电并网技术规定缺乏约束力尚未建立完善的检测认证体系（四）我国风电发展中的问题17目 录一、风电并网问题二、风电接入电网技术规定三、风电并网智能化技术电网企业应当与按照可再生能源开发利用规划建设，依法取得行政许可或者报送备案的可再生能源发电企业签订并网协议，全额收购其电网覆盖范围内符合并网技术标准的可再生能源并网发电项目的上网电量。发电企业有义务配合电网企业保障电网安全。电网企业应当加强电网建设，扩大可再生能源电力配置范围，发展和应用智能电网、储能等技术，完善电网运行管理，提高吸纳可再生能源电力的能力，为可再生能源发电提供上网服务。《可再生能源法》修订情况GB/Z19963-2005风电场接入电力系统技术规定Q/GDW

392-2009风电场接入电网技术规定国标与企标前言范围规范性引用文件术语和定义风电场有功功率风电场功率预测风电场无功配置风电场电压目

次风电场低电压穿越风电场运行频率风电场电能质量风电场模型和参数风电场通信与信号风电场接入电网测试术语与定义对以下几个方面进行了修订：有功功率及其控制要求无功功率容量范围及电压控制要求低电压穿越能力的要求风电场接入电网检测风电场有功功率基本要求风电场应具备功功率调节能力，能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对风电场有功功率的控制，风电场需配置有功功率控制系统，接受并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。风电场有功功率紧急控制在电网紧急情况下，风电场应根据电网调度部门的指令来控制其输出的有功功率，并保证风电场有功控制系统的快速性和可靠性。电网故障或特殊运行方式当电网频率高于50.2Hz时若风电场的运行危及电网安全稳定。风电场无功配置无功电源

风电场的无功电源包括风电机组和风电场的无功补偿装置。

风电场首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力，仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的，应在风电场集中加装适当容量的无功补偿装置，无功补偿装置应具有自动电压调节能力。无功容量对于直接接入公共电网的风电场，其配置的容性无功容量除能够补偿并网点以下风电场汇集系统及主变压器的感性无功损耗外，还要能够补偿风电场满发时送出线路一半的感性无功损耗；其配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路一半的充电无功功率。风电场无功配置无功容量对于通过220kV（或330kV）风电汇集系统升压至500kV（或750kV）电压等级接入公共电网的风电场群，其风电场配置的容性无功容量除能够补偿并网点以下风电场汇集系统及主变压器的感性无功损耗外，还要能够补偿风电场满发时送出线路的全部感性无功损耗；其风电场配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路的全部充电无功功率。风电场无功配置风电场低电压穿越低电压穿越能力风电场低电压穿越有功功率恢复对故障期间没有切出电网的风电场，其有功功率在故障切除后快速恢复，以至少10％额定功率/秒的功率变化恢复至故障前的值。风电场接入电网检测有功/无功控制能力检测电能质量检测，包含电压变动、闪变与谐波单个风电机组低电压穿越能力的测试，及基于仿真的风电场低电压穿越能力的验证31目 录一、风电并网问题二、风电接入电网技术规定三、风电并网智能化技术风电优质电源智能化技术风电并网智能化技术（1）风电场有功功率控制系统（2）风电场无功功率控制系统（3）风电功率预测系统（4）风电调度决策支撑系统丹麦Horns

Rev海上风场参与功率平衡和频率控制时的情况34案例：丹麦海上风电参与电网频率调整风电场有功功率控制系统风电场无功功率控制系统078PMβU150750-75-1501.00.80.60.40.21.00.50.0

-0.5-1.01.081.061.041.021.000.98Q/MVar1.31.21.11.0150100500-50-100ωrP

/MWE012356784t/sSVC

Q/Mvar1086420100500-50Ncap1.00.80.60.4UQ/MVar1.101.051.000.95150750-75-15020015010050ωrP

/MWE1 2 3 4 5 6t/s采用机械式投切补偿方案采用动态无功补偿方案风电调度决策支撑系统以风电功率预测和负荷预测为基础，根据电力系统的各种限制条件，通过建立调度仿真模型，对次日电网有功平衡进行仿真，以此为基础安排常规发电机组的运行方式，提出风电管理措施。风电功率预测的意义：合理安排应对措施，提高电网的安全性和可靠性；可以调整和优化常规电源的发电计划，改善电网调峰能力，增加风电并网容量；降低因风电并网而额外增加的旋转备用容量，改善电力系统运行经济性，减少温室气体排放；风电功率预测风电功率预测的时间尺度划分：短期预测预测时间尺度：0-48小时，时间分辨率：15分钟主要用于：合理安排常规机组发电计划，解决电网调峰问题。超短期预测预测时间尺度：0-4小时、15分钟滚动预测，时间分辨率：15分钟主要用于：实时调度，解决电网调频问题。风电功率预测物理方法微观气象学模型CFD模型...统计方法人工神经网络支持向量机...短期预测风电功率预测物理法定义应用大气边界层动力学与边界层气象的理论将数值天气预报数据精细化为风电场实际地形、地貌条件下的风电机组轮毂高度的风速、风向，考虑尾流影响后，再将预测风速应用于风电机组的功率曲线，由此得出风电机组的预测功率，最后，对所有风电机组的预测功率求和，得到整个风电场的预测功率。特点不需要风电场历史功率数据的支持，适用于新建风电场；可以对每一个大气过程进行详细的分析，并根据分析结果优化预测模型；对由错误的初始信息所引起的系统误差非常敏感。计算过程复杂、技术门槛较高。风电功率预测风电场地表粗糙度描述风电功率预测地形变