新能源在電網(wǎng)的應用

新能源在電力系統(tǒng)中的應用云南電網(wǎng)科技管理培訓班講座2009年5月21日昆明光伏發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀新能源發(fā)電常見形式介紹提綱目前云南電網(wǎng)開展工作介紹新能源并網(wǎng)發(fā)電技術展望一、新能源發(fā)電常見形式介紹新能源、可再生能源、分布式能源概念——NewEnergyRenewableEnergyDistributionEnergy新能源發(fā)電概述新能源可再生能源分布式能源傳統(tǒng)能源不可再生能源集中式能源風能、太陽能、生物質(zhì)能….一、新能源發(fā)電常見形式介紹新能源多以可再生能源為主

新能源多以分布式應用為主水能作為常規(guī)能源形式屬于可再生能源，可同時進行集中和分散式應用區(qū)別與聯(lián)系一、新能源發(fā)電常見形式介紹風力發(fā)電——全球裝機超過1.2億kW；中國裝機超過1200萬kW，亞洲第一、全球第四——國家新能源發(fā)展規(guī)劃：重點發(fā)展風電，目標調(diào)整2020：3000萬kW到上億kW；地區(qū)西北、沿海（甘肅內(nèi)蒙江蘇）——云南大理首個風電項目已投運，后續(xù)風電規(guī)劃的風電項目有20多個常見新能源發(fā)電形式應用現(xiàn)狀一、新能源發(fā)電常見形式介紹太陽能光伏發(fā)電——西班牙、德國、美國裝機都超過百萬kW；中國裝機粗略估計為100MW左右，剛剛起步——國家新能源發(fā)展規(guī)劃：扶持太陽能發(fā)電，目標調(diào)整2020：180萬kW到上千瓦kW——政策扶持：財政補貼、優(yōu)惠電價（特許權招標）——云南首個并網(wǎng)光伏發(fā)電項目已投運，目前石林兩個百兆瓦級電站規(guī)劃建設常見新能源發(fā)電形式應用現(xiàn)狀光伏發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀新能源發(fā)電常見形式介紹提綱目前云南電網(wǎng)開展工作介紹新能源并網(wǎng)發(fā)電技術展望二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀——風電控制技術典型風力發(fā)電系統(tǒng)恒速恒頻異步風力發(fā)電機變速恒頻（VSCF）風力發(fā)電機雙饋風力發(fā)電機（DFIG交流勵磁）

永磁直驅(qū)風力發(fā)電機（PM）定槳距失速型風機變槳距控制型風機原動機形式發(fā)電機形式VSCF通過電力電子背靠背變頻技術可有效調(diào)整發(fā)電功率輸出，進而調(diào)整電磁轉(zhuǎn)矩控制機組轉(zhuǎn)速風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)核心器件：主控制器特有功能：調(diào)向系統(tǒng)、變距系統(tǒng)制動系統(tǒng)、并網(wǎng)方式不同于常規(guī)電廠二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀定槳距異步風力發(fā)電機組并網(wǎng)控制抑制并網(wǎng)時的沖擊電流

接近同步轉(zhuǎn)速雙向晶閘管導通角逐步打開接觸器閉合，旁路雙向晶閘管大理--WP4060二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀定槳距異步風力發(fā)電機組軟并網(wǎng)

750kW異步電機，35kV并網(wǎng)抑制并網(wǎng)時的沖擊電流

接近同步轉(zhuǎn)速雙向晶閘管導通角逐步打開接觸器閉合，旁路雙向晶閘管定槳距異步風力發(fā)電機組軟并網(wǎng)軟并網(wǎng)與直接并網(wǎng)二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀定槳距異步風力發(fā)電機組軟并網(wǎng)軟并網(wǎng)與直接并網(wǎng)軟并網(wǎng)啟動時吸收的有功、無功小軟并網(wǎng)啟動時沖擊電流約3倍直接并網(wǎng)時沖擊電流約10倍結論：二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀定槳距異步風力發(fā)電機組并網(wǎng)控制

MITA控制系統(tǒng)二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀機組8組電容器，電容接觸器投切；全廠DWZT調(diào)壓式無功補償裝置投入電容器無功補償減少從電網(wǎng)吸收的無功保證功率因數(shù)在要求范圍二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀雙饋風力發(fā)電機組并網(wǎng)控制采用轉(zhuǎn)子交流勵磁，有頻率、幅值、相位三個控制量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子交流勵磁的頻率，保證并網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子交流勵磁的幅值，保證并網(wǎng)電壓并網(wǎng)后P、Q解耦控制；可實現(xiàn)MPPT（額定風速以下）二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組并網(wǎng)控制“柔性并網(wǎng)”，跟蹤控制，由電力電子器件實現(xiàn)

沖擊電流小可進行有功、無功控制

可實現(xiàn)MPPT二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀變槳距變速恒頻與定槳距風力發(fā)電機組比較優(yōu)點最大風能跟蹤，風能利用率高（小于額定風速）

可進行有功/無功控制變槳距控制，輸出功率平穩(wěn)（大于額定風速）二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀缺點：主設備及控制系統(tǒng)復雜

建設投資大風力發(fā)電的波動性

二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀——運行特性分析上午3-9時為低谷時段

9-11月上旬，11時開始負荷逐步上升，17-24時為發(fā)電高峰

11月上旬到12月，11時發(fā)電量開始逐步上升，17-19時達到高峰大新線功率在10MW以上時功率因數(shù)均在0.98-1.0之間統(tǒng)計大新線9月-12月的運行數(shù)據(jù)：風力發(fā)電的波動性

二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀

10月8日功率波動幅度最大約0.4p.u.全廠日功率3~27MW

全天風向較穩(wěn)定,風速引起波動風力發(fā)電引起電壓的波動

仿真圖二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀用二臺2MW風機等效風電場風機風速不同

并入多分段10kV線路，各節(jié)點電壓波動風力發(fā)電引起電壓的波動

第一臺風機二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀第二臺風機風力發(fā)電引起電壓的波動

各節(jié)點電壓曲線二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀風力發(fā)電引起電壓的波動

結論二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀風速變化對電網(wǎng)的節(jié)點電壓產(chǎn)生影響，電壓波動的大小取決于電網(wǎng)容量、電網(wǎng)結構、風力機組類型、風電場容量等因素；風電場輸出功率的波動導致了電網(wǎng)各節(jié)點電壓的變化，離風電場接入點越近則電壓波動越明顯，接入點處的節(jié)點電壓波動最大。節(jié)點3的電壓波動現(xiàn)象己經(jīng)非常嚴重，超出了允許范圍。風力發(fā)電引起電壓的波動

大風壩電壓波動：二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀陣風（上升速度為5m/s，時間5s）造成的風電場升壓站母線電壓波動幅度為0.22%~-3.61%；漸變風（最大幅度為5m/s，時間5s）造成的風電場升壓站母線電壓波動幅度為0.51%~-10.8%；風力發(fā)電機啟動并網(wǎng)時，風電場升壓站母線電壓波動幅度最高達-16%；風電機組突然脫網(wǎng)，母線電壓波動幅度最高達4%GB/Z19963-2005《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》--電壓偏差越限風力發(fā)電引起電壓的波動

對策：二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀雙饋風力發(fā)電機組的電壓、無功控制功能可適度補償電壓的波動，并可降低并網(wǎng)沖擊電流永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組可進行無功控制，可適度補償電壓的波動，可有效降低并網(wǎng)沖擊電流采用儲能裝置是抑制功率和電壓波動的有效手段風電規(guī)模對電網(wǎng)的影響

二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀——風電接入對電網(wǎng)影響風電穿透功率極限（windpowerpenetrationlimit）：風電78.75MW、大理電網(wǎng)最大負荷550MW，為14.32%；云南電網(wǎng)最大負荷為13439MW，為0.58%；風電場的短路容量比：大新線的并網(wǎng)點短路電流為14.278kA，短路容量比為2.89%；(歐洲規(guī)定4%-5%)風電場容量相對較小，對電網(wǎng)無明顯影響。風電接入對云南電網(wǎng)穩(wěn)定的影響

--電科院研究結論：二、風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀風電的接入不會改變電網(wǎng)原有的機電振蕩模式，且機組容量相對較小，對南方電網(wǎng)本身存在的弱阻尼甚至負阻尼振蕩模式?jīng)]有影響；風電機組在大擾動后的阻尼特性能滿足電網(wǎng)的要求，區(qū)域性和區(qū)間性兩個弱阻尼下的低頻振蕩不會誘發(fā)風電機組發(fā)生該振蕩頻率下的低頻振蕩；大風壩和者磨山風電場并網(wǎng)運行，不會惡化云南電網(wǎng)的穩(wěn)定性，但風電場并網(wǎng)運行后改變了某些輸電線路的潮流方向，設置線路保護時需予以重視。光伏發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀風力發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀新能源發(fā)電常見形式介紹提綱目前云南電網(wǎng)開展工作介紹新能源并網(wǎng)發(fā)電技術展望三、光伏發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀——光伏并網(wǎng)控制技術典型光伏發(fā)電系統(tǒng)獨立戶用型（無電人口）（電壓源電壓控制）

并網(wǎng)型（電壓源電流控制）

并網(wǎng)/獨立型（并網(wǎng)PV＋UPS：電壓源控制切換）三、光伏發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀——光伏并網(wǎng)控制技術典型光伏發(fā)電系統(tǒng)

獨立/并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)應用示意圖三、光伏發(fā)電技術及應用現(xiàn)狀——光伏并網(wǎng)