2022風力發(fā)電及并網(wǎng)問題研究

風力發(fā)電及并網(wǎng)問題研究目 錄三、風電并網(wǎng)智能化技術2（一）全球風電發(fā)展概況十年年均增長31.8%十年年均增長31.8%

14000

120000年份

0199719981999200020012002200320042005200620072008年份十年年均增長70%世界風電裝機 中國風電裝機十年年均增長70%3（二）2050年我國發(fā)電裝機容量和構成2008年我國發(fā)電裝機容量約為7.9億kW，人均約0.6kW。預計202012-16億kW。人均約1kW。遠景預測到2030-2050年，達到人均1.5kW，按全國16億人口計算，發(fā)電裝機24億kW。常規(guī)能源發(fā)電最大可能提供的裝機構成：煤電9.6億千瓦，占40%3.6億kW,占15%；核電2.6億kW，占10%；氣電1.2億kW，占5%，共計17億kW，距需求24億kW相差7億千瓦約30%，需要非水的可再生能源發(fā)電提供。計入常規(guī)水電，可再生能源發(fā)電裝機占總裝機容量45%。（三）全球風電發(fā)展目標美國2030年風電發(fā)展目標美國能源部2008年5月公布的計劃，到2030年風電裝機將達到3億千瓦，將滿足美國20%的電力需求。歐盟2030年風電發(fā)展目標風電裝機將達到3億kW，其中50%是海上風電，750萬千瓦是重建項目，歐洲電力消費的25%將由風電提供。風能將成為歐洲的主要替代能源。2020年風電發(fā)展目標風電裝機將達到15億千瓦5東北電網(wǎng)西北電網(wǎng)華北電網(wǎng)華東電網(wǎng)華中電網(wǎng)臺灣千萬千瓦風電基地（四）我國風電發(fā)展中的問題1.風電建設與電網(wǎng)發(fā)展不配套風電發(fā)展規(guī)劃側重于資源發(fā)展規(guī)劃，與電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃出和電力消納的方案。路、網(wǎng)絡結構及落點等問題。7（四）我國風電發(fā)展中的問題2.風電與常規(guī)電源之間缺乏協(xié)調(diào)發(fā)顯著降低了常規(guī)電源的年運行小時數(shù)。負荷低谷時限制風電出力。8（四）我國風電發(fā)展中的問題3.風能資源分布與電網(wǎng)資源配置能力風能資源與電力需求大體上呈逆向分布電力負荷中心集中在東部、中部地區(qū)。規(guī)模開發(fā)，必須通過電網(wǎng)在全國范圍內(nèi)優(yōu)化配置。9（四）我國風電發(fā)展中的問題4.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行問題（1）風電對電網(wǎng)調(diào)峰的影響風電出力具有隨機性、間歇性、大規(guī)模風電接入導致電網(wǎng)等效負荷峰谷差變大，即反調(diào)節(jié)特性明顯，增加了系統(tǒng)調(diào)峰難度。（2）電壓控制難度增加風電出力變化范圍大，且具有隨機性，在風電場不能參與電壓控制的情況下，顯著增加了電網(wǎng)電壓控制的難度。 10（四）我國風電發(fā)展中的問題4.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行問題50.0Hz50.250.0Hz50.249.8發(fā)電用電電網(wǎng)風電常規(guī)電源用電負荷 電網(wǎng)風電常規(guī)電源用電負荷發(fā)電出力可調(diào)節(jié)原動機功率可控

用電負荷隨機變化負荷預測精度較高風電功率變化大且不可控，預測精度低 11（四）我國風電發(fā)展中的問題4.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行問題（3）調(diào)頻問題風電機組輸出的有功功率主要隨風能變化而調(diào)整。我國現(xiàn)行標準沒有對于風電機組參與系統(tǒng)調(diào)頻提出要求，現(xiàn)有運行風電機組均不參與系統(tǒng)頻率調(diào)整。整必須由傳統(tǒng)電廠分擔。降，需同步配套相應容量的調(diào)頻電源。12（四）我國風電發(fā)展中的問題4.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行問題（4）未經(jīng)檢測認證的風電機組并網(wǎng)運行使電力系統(tǒng)遭受沖擊河南三門峽地區(qū)曾發(fā)生過當電網(wǎng)三相電壓不平衡度未超過國標規(guī)定限值時，由于風電機組三相電壓不平衡耐受度不滿足要求，電氣化列車通過時2.5萬千瓦風電機組退出運行的情況。13（四）我國風電發(fā)展中的問題5.風電機組性能問題風電機組缺少支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的控制性能以低電壓穿越能力為例低電壓穿越能力是指在電網(wǎng)運行中，當系統(tǒng)出現(xiàn)擾動或遠端（近端）故障時，可引起局部電壓的瞬間跌落，期間電源維持并網(wǎng)運行的能力。風電機組應具有低電壓穿越能力，以防止在系統(tǒng)出現(xiàn)擾動或故障情況下脫網(wǎng)停機，對電網(wǎng)造成更大沖擊。我國并網(wǎng)風電機組中由于未配備快速無功補償裝置或相應控制系統(tǒng)（我國沒有這方面的要求）均不具備低電壓穿越能力。14（四）我國風電發(fā)展中的問題5.風電機組性能問題風電機組缺少支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的控制性能由于風電機組不具備低電壓穿越能力導致的大范圍風電切機情況，在東北吉林電網(wǎng)及西北電網(wǎng)的甘肅玉門風電場、甘肅安西中廣核大梁子風電場、寧夏賀蘭山風電場都發(fā)生過。電網(wǎng)擾動，不是非常嚴重帶有變頻器的風電機組切機潮流大范圍轉(zhuǎn)移、部分母線電壓過高或過低。15（四）我國風電發(fā)展中的問題6.電網(wǎng)調(diào)度運行支撐技術問題風電功率預測技術的推廣問題尚未建立風電調(diào)度決策支撐系統(tǒng)7.技術標準與管理規(guī)范問題我國的風電并網(wǎng)導則標準偏低風電并網(wǎng)技術規(guī)定缺乏約束力尚未建立完善的檢測認證體系16目 錄一、風電并網(wǎng)問題二、風電接入電網(wǎng)技術規(guī)定三、風電并網(wǎng)智能化技術17《可再生能源法》修訂情況電網(wǎng)企業(yè)應當與按照可再生能源開發(fā)利用規(guī)劃建設，協(xié)議，全額收購其電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)符合并網(wǎng)技術標準的生能源并網(wǎng)發(fā)電項目的上網(wǎng)電量。企業(yè)保障電網(wǎng)安全。電網(wǎng)企業(yè)應當加強電網(wǎng)建設，擴大可再生能源電力配置范圍，發(fā)展和應用智能電網(wǎng)、儲能供上網(wǎng)服務。國標與企標GB/Z19963-2005風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定Q/GDW392-2009風電場接入電網(wǎng)技術規(guī)定目次前言范圍規(guī)范性引用文件術語和定義風電場有功功率風電場功率預測風電場無功配置風電場電壓

風電場低電壓穿越風電場運行頻率風電場電能質(zhì)量風電場模型和參數(shù)風電場通信與信號風電場接入電網(wǎng)測試術語與定義對以下幾個方面進行了修訂：有功功率及其控制要求無功功率容量范圍及電壓控制要求低電壓穿越能力的要求風電場接入電網(wǎng)檢測風電場有功功率基本要求風電場應具備功功率調(diào)節(jié)能力，能根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度部門指令控制其有功功率輸出。控制，風電場需配置有功功率控制系統(tǒng)，值。風電場有功功率緊急控制在電網(wǎng)緊急情況下，風電場應根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度部門的指令來控制其輸出的有功功率，并保證風電場有功控制系統(tǒng)的快速性和可靠性。電網(wǎng)故障或特殊運行方式當電網(wǎng)頻率高于50.2Hz時若風電場的運行危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定。風電場無功配置無功電源 償裝置。 裝置，無功補償裝置應具有自動電壓調(diào)節(jié)能力。風電場無功配置無功容量對于直接接入公共電網(wǎng)的風電場，其配置的容性無功容量除能夠補償并網(wǎng)點以下風電場匯集系統(tǒng)及主變壓器的感性無功損耗外，還要能夠補償風電場滿發(fā)時送出線路一半的感性無功損耗；其配置的感性無功容量能夠補償風電場送出線路一半的充電無功功率。風電場無功配置無功容量對于通過220kV（或330kV）風電匯集系統(tǒng)升壓至500kV（或750kV）電壓等級接入公共電網(wǎng)的風電場群，其風電場配置的容性無功容量除能夠補償并網(wǎng)點以下風電場匯集系統(tǒng)及主變壓器的感性無功損耗外，還要能夠補償風電場滿發(fā)時送出線路的全部感性無功損耗；其風電場配置的感性無功容量能夠補償風電場送出線路的全部充電無功功率。風電場低電壓穿越低電壓穿越能力風電場低電壓穿越有功功率恢復對故障期間沒有切出電網(wǎng)的風電場，其有功功率在故障切除后快速恢復，以至少10％額定功率/秒的功率變化恢復至故障前的值。風電場接入電網(wǎng)檢測有功/無功控制能力檢測電能質(zhì)量檢測，包含電壓變動、閃變與諧波場低電壓穿越能力的驗證目 錄一、風電并網(wǎng)問題二、風電接入電網(wǎng)技術規(guī)定三、風電并網(wǎng)智能化技術31智能化技術智能化技術風電優(yōu)質(zhì)電源風電并網(wǎng)智能化技術（1）風電場有功功率控制系統(tǒng)（2）風電場無功功率控制系統(tǒng)（3）風電功率預測系統(tǒng)（4）風電調(diào)度決策支撐系統(tǒng)風電場有功功率控制系統(tǒng)案例：丹麥海上風電參與電網(wǎng)頻率調(diào)整丹麥HornsRev海上風場參與功率平衡和頻率控制時的情況34風電場無功功率控制系統(tǒng)P/MWEP/MWE100500-50-100ωrωr1.21.11.0Q/MVar150Q/MVar750-75-1501.0U0.8U0.60.40.21.00.5β0.0β-0.5-1.01.081.061.04PMPM1.000.98

0 1 2 3 4 5 6 7 t/s

P/MWEP/MWEωrωrQ/MVarQ/MVar0-751.0U0.8U0.60.4NcapNcap8642SVCQ/Mvar0SVCQ/Mvar0

0 1 2 3 4 5 6 7 8t/s采用機械式投切補償方案 采用動態(tài)無功補償方案風電調(diào)度決策支撐系統(tǒng)以風電功率預測和負荷預測為基礎，根據(jù)電力系統(tǒng)的各種限制條件，通過建立調(diào)度仿真模型，對次日電網(wǎng)有功平衡進行仿真，以此為基礎安排常規(guī)發(fā)電機組的運行方式，提出風電管理措施。風電功率預測風電功率預測的意義：合理安排應對措施，提高電網(wǎng)的安全性和可靠性；峰能力，增加風電并網(wǎng)容量；電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性，減少溫室氣體排放；風電功率預測風電功率預測的時間尺度劃分：短期預測預測時間尺度：0-48小時，時間分辨率：15分鐘主要用于：合理安排常規(guī)機組發(fā)電計劃，解決電網(wǎng)調(diào)峰問題。超短期預測預測時間尺度：0-4小時、15分鐘滾動預測，時間分辨率：15分鐘主要用于：實時調(diào)度，解決電網(wǎng)調(diào)頻問題。

風電功率預測

物理方法微觀氣象學模型CFD模型...統(tǒng)計方法統(tǒng)計方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡支持向量機...物理法定義到整個風電場的預測功率。物理法定義到整個風電場的預測功率。特點不需要風電場歷史新建風電場；程進行詳細的分析，并根據(jù)分析結果優(yōu)化預測模型；所引起的系統(tǒng)誤差非常敏感。門檻較高。風電功率預測風電場地表粗糙度描述風電功率預測地形變化對流場的影響過程風電功率預測風電機組數(shù)字化定義1風電功率預測風電機組數(shù)字化定義2風電功率預測風電機組數(shù)字化定義3統(tǒng)計法定義統(tǒng)計法基于“統(tǒng)計法定義統(tǒng)計法基于“學習算法”算法建立NWP歷史數(shù)據(jù)與測得的風電場歷史輸出功率數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，再根據(jù)該關系式，由NWP數(shù)據(jù)對風電場輸出功率進行預測。特點在數(shù)據(jù)完備的情測誤差達到最小值；需要大量歷史數(shù)高的要求；程帶有“黑箱”性。風電功率預測可采用不同的數(shù)學模型時