風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀及分析（完整版）

1、風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀及分析2021-05-05 18:59:54風(fēng)電并網(wǎng)容量增長迅猛2005年國家公布可再生能源法，05到08的4年時間全國風(fēng)電裝機容量由126千瓦增長到1221萬千瓦，以每年一翻的速度開展，遠遠高于世界風(fēng)電平均開展速度。2021年我國新增裝機容量當(dāng)年新增世界第一，累計世界第二。祈需霄馬尺電機毎“兇旨”書1爐二m.疋同心詐“：孰 駕址疋遐疋申.叫地口544占.花:醫(yī).嚴.年問胡修沢一 +.word.zl.開展風(fēng)電是改善能源構(gòu)造和應(yīng)對氣候變化的重大舉措，是我國能源戰(zhàn)略的重要組成。我國風(fēng)能資源主要集中在“三北"地區(qū)，大多遠離負荷中心。我國積極推進大基地大電網(wǎng)的風(fēng)電開發(fā)模式,一

2、批百萬千萬級、千萬千萬級風(fēng)電基地正在規(guī)劃千萬千瓦鳳皚基地Autooo!ilct大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)給電網(wǎng)帶來壓力?增大調(diào)峰、調(diào)頻難度風(fēng)電的反調(diào)峰特性增加了電網(wǎng)調(diào)峰的難度。據(jù)東北、蒙西和 XX電網(wǎng)統(tǒng)計結(jié)果，風(fēng)電反調(diào)峰概率分別為 60% 57%和56% XX電網(wǎng) 由于風(fēng)電接入，一年期間峰谷差變大的時間到達210天。由于調(diào)峰容量缺乏， XX、蒙西電網(wǎng)都出現(xiàn)了低負荷時段棄風(fēng)的情況。風(fēng)電的間歇性、隨機性增加了電網(wǎng)調(diào)頻的負擔(dān)。根據(jù)統(tǒng)計，2021年2月到11月XX地區(qū)風(fēng)電在30分鐘內(nèi)出力波動超過 9萬千萬到達 347次，增加了電網(wǎng)調(diào)頻的壓力和常規(guī)電源調(diào)整的頻次。風(fēng)電隨機性強、間歇性明顯。波動幅度大，波動頻率無規(guī)律

3、性。案例：華北電網(wǎng) XX地區(qū)風(fēng)電對電網(wǎng)調(diào)峰的影響B(tài)tfi 27897 39 時更 06-20 11 09:22 乂皿 21710 124J2S±lS 38tSG 亡宵 7S-5-2S J2 26 ：6小 0 口忡0C&-2B 2015)00imoiioo風(fēng)電出力與電網(wǎng)負荷表現(xiàn)出較強的反調(diào)節(jié)特性?加大電網(wǎng)電壓控制難度隨著大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)，電網(wǎng)運行控制出現(xiàn)了很大困難。據(jù)統(tǒng)計，受風(fēng)電影響:蒙西電網(wǎng)錫盟灰騰梁風(fēng)電基地沿線變電站220千伏母線電壓全年維持在額定電壓的1.1倍；XX電網(wǎng)達風(fēng)變110千伏系統(tǒng)電壓長期在 113千伏以下，為支撐110千系統(tǒng)電壓，達風(fēng) 變220千伏母線電壓不

4、得不全年維持在238千伏以上，運行電壓調(diào)整十分困難，也對輸變電設(shè)備平安造成了威脅。風(fēng)電場運行過度依賴系統(tǒng)無功補償，限制了電網(wǎng)運行的靈活性。如：蒙西塔拉地區(qū)500千伏無功補償設(shè)備停運時，220千伏系統(tǒng)電壓最高升至 257千伏。?局部電網(wǎng)接入能力缺乏風(fēng)電場大多處于電網(wǎng)末梢，大規(guī)模接入后，風(fēng)電大發(fā)期大量上網(wǎng)，電網(wǎng)輸送潮流加大, 重載運行線路增多，熱穩(wěn)定問題逐漸突出。XXXX地區(qū)2007年以來風(fēng)電、小水電快速開展，送出矛盾加劇，盡管采用了過負荷切 機以及變電站分裂運行等措施來提高輸送能力，但風(fēng)電場棄風(fēng)問題仍然長期存在。2021年瓜州，玉門地區(qū)風(fēng)電受限幅度分別到達20% 40%?風(fēng)機抗擾動能力差，影響電

5、網(wǎng)平安運行是擴大事故范圍。在系統(tǒng)發(fā)生小擾動時，風(fēng)電機組退出運行，使電網(wǎng)承受第二次沖擊，導(dǎo)致事故擴大。20212021年XXXX電網(wǎng)風(fēng)電場相鄰10千伏和66千伏配電系統(tǒng)故障時，風(fēng)電機組均發(fā)生大 面積脫網(wǎng)，屢次造成 220千伏母線電壓及省間聯(lián)絡(luò)線潮流越限，給系統(tǒng)運行帶來了較大沖二是增加了電網(wǎng)遭受沖擊的頻次。XX撿財塘和XX清源風(fēng)電場自投產(chǎn)運行以來，受電鐵和冶金等大型用戶的影響，頻繁 因三相電壓不平衡（未超過國家標準限值）保護動作發(fā)生風(fēng)電機組跳閘停機，使電網(wǎng)頻繁遭受 沖擊。?增加電網(wǎng)穩(wěn)定風(fēng)險風(fēng)電的間歇性，隨機性增加了電網(wǎng)穩(wěn)定運行的潛在風(fēng)險。是風(fēng)電引發(fā)的潮流多變，增加了有穩(wěn)定限制的送電斷面的運行控制難

6、度二是風(fēng)電發(fā)電成分增加， 導(dǎo)致在一樣的負荷水平下，系統(tǒng)的慣量下降，影響電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)疋；三是風(fēng)電機組在系統(tǒng)故障后可能無法重新建立機端電壓，失去穩(wěn)定，從而引起地區(qū)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定破壞。?加大收購難度并網(wǎng)風(fēng)電容量的不斷增加， 使無條件全額收購風(fēng)電的政策與電網(wǎng)調(diào)峰和平安穩(wěn)定運行的 矛盾逐漸凸顯。為此，有關(guān)電網(wǎng)積極采取各種措施，最大努力接納風(fēng)電，同時積極與政府有 關(guān)部門和發(fā)電企業(yè)進展溝通，在必要時段采取限制風(fēng)電出力措施來保證電網(wǎng)平安穩(wěn)定運行。 但隨著風(fēng)電接入規(guī)模的進一步擴大，矛盾會愈加突出。?總體趨勢我國正處于風(fēng)電建立的頂峰期，風(fēng)電所占比例還將進一步增加，目前面臨的局限性、 時段性矛盾可能轉(zhuǎn)化為全局性，經(jīng)常

7、性矛盾，成為影響電網(wǎng)平安未定運行的重要因素。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)問題? 風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)方式和輸電規(guī)劃風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)方式包括接入電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)點電壓、聯(lián)網(wǎng)點位置、聯(lián)網(wǎng)風(fēng)電規(guī)模、交流/直流聯(lián)網(wǎng)等。根據(jù)目前國外和國內(nèi)的研究成果，這與接入電網(wǎng)的規(guī)模、旋轉(zhuǎn)備用、儲能系統(tǒng)配置等均有關(guān)，這是一個可再生能源與電網(wǎng)的規(guī)劃問題，目前國內(nèi)主要依靠仿真軟件實現(xiàn)。輸電規(guī)劃問題主要指大規(guī)模風(fēng)電的長距離、弱連接的遠距離輸電、 海上風(fēng)電并網(wǎng)，以及電力市場情況下風(fēng)電跨區(qū)交易問題。?風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)對電網(wǎng)的友好支持風(fēng)電場屬于不穩(wěn)定能源，受風(fēng)力、風(fēng)機控制系統(tǒng)影響很大，特別是存在頂峰負荷時期風(fēng) 電場可能出力很小， 而非頂峰負荷時期風(fēng)電場可能出力很大的問

8、題，例如，西班牙風(fēng)電最大出力時期可以到達電網(wǎng)需求的108%因此，未來風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)后將嚴重影響電網(wǎng)的平安，因此，電網(wǎng)必須提供足夠的手段保持電網(wǎng)的平安穩(wěn)定運行，同時，電網(wǎng)也會對大規(guī)模風(fēng)電場的運行性能指標（爬坡速率、下降速率、功率波動、無功支撐能力等）提出要求。January 6a 2005 CalimmiB Wn Generationin - JI 丁 33 口習(xí)MM3A1K3QXZSDlnop B99 QmHi Q mn gB:n O8P sign -n9B BBS QHfl QQK 3日E?風(fēng)電場調(diào)度由于風(fēng)電場一般分布在偏遠地區(qū)，呈現(xiàn)多個風(fēng)電場集中分布的特點，風(fēng)電場每個都類似于一個小型的發(fā)電廠，

9、 可以模擬成一臺臺的等值機， 這些等值機對電網(wǎng)的影響因機組本身性 能的差異而不同，為了實現(xiàn)這些分散風(fēng)電場的接入，歐洲提出了建立區(qū)域風(fēng)電場調(diào)度中心的要求，國內(nèi)目前只是對單個的風(fēng)電場建立運行監(jiān)控，隨著風(fēng)電場布點的增多和發(fā)電容量的提高，類似火力發(fā)電的監(jiān)控中心，國內(nèi)存在建立獨立風(fēng)電運行監(jiān)控中心的可能。風(fēng)電場運行監(jiān)控中心與電網(wǎng)調(diào)度中心的協(xié)調(diào)和職責(zé)劃分也是未來需要明確的問題。?低電壓穿越（LVRT）隨著風(fēng)電場規(guī)模的擴大， 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，需要風(fēng)電場繼續(xù)運行并為電網(wǎng)提供無功支 持，1型和2型風(fēng)機為主的風(fēng)電場需要提供集中或分散的動態(tài)無功補償裝置防止該類風(fēng)機脫 離電網(wǎng)停機。3類和4類風(fēng)機的設(shè)計和運行參數(shù)設(shè)置要

10、滿足WECC LVRT標準的要求。國際上最新的 WECC LVRT標準已經(jīng)于2021年4月28日討論表決通過。4 s z I &J ao.0.No TrippingPT-buMVa*«a>gft Rkovmy P#rffidTfemfl-1 號ec)0 15 WCScutesAutooonet?無功控制調(diào)節(jié)對于安裝傳統(tǒng)異步發(fā)電機和帶有可變轉(zhuǎn)子阻抗的線繞式轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機的風(fēng)電場， 需要 配置與發(fā)電功率相當(dāng)?shù)募袆討B(tài)無功補償或分散無功補償裝置 （設(shè)計要求），國內(nèi)前期投運的 風(fēng)場大局部是這種模式。對于安裝雙饋異步發(fā)電機和全功率逆變連接/直驅(qū)型風(fēng)機的風(fēng)電場，由于具備了LVRT性

11、能要求，因此，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，要求參與電網(wǎng)的無功功率補償以維持系統(tǒng)電壓，根據(jù)不同的風(fēng)電場、風(fēng)機類型和風(fēng)機群組合進展無功分配和協(xié)調(diào)控制是風(fēng)電場運行中的一個重點 和難點問題。?風(fēng)電場及電網(wǎng)儲能為了平衡發(fā)電和用電之間的偏差就需要平衡功率。對平衡功率的需求隨著風(fēng)電場容量的增加而同步增長。根據(jù)不同國家制定的規(guī)那么，或者風(fēng)電場業(yè)主、 或者電網(wǎng)企業(yè)負責(zé)提供平衡功率。一旦輸電系統(tǒng)調(diào)度員與其簽約，它將成為整個電網(wǎng)稅費的一局部，由所有的消費者承當(dāng)。加州ISO建議由第三方提供儲能設(shè)備，政府應(yīng)為此制訂相應(yīng)的優(yōu)惠政策，因為一般的儲能設(shè)備除飛輪儲能外（80-90%），多數(shù)只能最多到達 75%勺能源轉(zhuǎn)換效率，因此，如果要

12、調(diào)動 風(fēng)電場業(yè)主或電網(wǎng)業(yè)主增加儲能設(shè)備，必須有相應(yīng)的補償和優(yōu)惠政策。美國加州ISO已經(jīng)研究了抽水蓄能儲能、鈉硫 （簡稱NAS）電池、飛輪儲能等方式的電網(wǎng) 和風(fēng)電場儲能方式，正在進展制氫儲能、壓縮空氣儲能、液流電池儲能、超級電容儲能、即 插式混合交通工具一電網(wǎng)（PHVG）儲能、鋰離子電池儲能等工程研究工程的跟蹤。?風(fēng)電場發(fā)電方案電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率和 AGC調(diào)頻與風(fēng)電場的出力密切相關(guān)，因此準確預(yù)測每天的風(fēng)電場出力并進展實時經(jīng)濟調(diào)度是風(fēng)電場監(jiān)控中心和電網(wǎng)調(diào)度中心的一項重要工作。隨著風(fēng)電場規(guī)模的增加，歐洲、美國同樣面臨風(fēng)電場調(diào)度和發(fā)電方案編制問題，因此, 要與氣象預(yù)報系統(tǒng)嚴密結(jié)合，即使大規(guī)模的風(fēng)電場，每天

13、風(fēng)力發(fā)電預(yù)測的誤差也可到達 7-9%（加州 ISO）。電網(wǎng)側(cè)如何進展實時風(fēng)力發(fā)電預(yù)測并進展實時經(jīng)濟調(diào)度也是一個重點問題。西班牙風(fēng)電開展史上的里程碑是1997年實施的？電力法？。這部法律最重要之處在于設(shè)立了一個“雙向義務(wù)機制：一方面，國家電網(wǎng)有義務(wù)購置所有生產(chǎn)出來的可再生能源，另 一方面，這些發(fā)電廠有義務(wù)通知西班牙國家電網(wǎng)，將會供給多少可再生電力能源。如何提前預(yù)見未來一天、一個月、一年的風(fēng)能大小，并測算出風(fēng)電場產(chǎn)量，成為“雙向義務(wù)機制交 給西班牙風(fēng)電場的義務(wù)。 如果預(yù)測不準，風(fēng)電場要向電網(wǎng)繳納罰款。這是西班牙風(fēng)電制度與別國不同的一點。?海上輕型直流輸電并網(wǎng)歐洲的海上風(fēng)力發(fā)電 2021年到達250

14、0萬kW, 2021年到達4300萬kW, 2030年要 到達11700萬kW，因此，海上風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)也是歐洲一個重要考慮的問題，歐洲方案采用網(wǎng) 格式的HVDC聯(lián)網(wǎng)工程將未來歐洲海上風(fēng)電并網(wǎng)。我國近海和三峽水上大型風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)問題也是電網(wǎng)規(guī)劃中一個重要的研究內(nèi)容。?風(fēng)能占電網(wǎng)規(guī)模的比例及影響原那么上電網(wǎng)有多大的備用容量就可接入多大規(guī)模的風(fēng)電場（考慮爬坡問題），目前，歐洲電網(wǎng)的風(fēng)電比例是 4%未來2021年要增加到12%力口州電網(wǎng)的風(fēng)電要新增 410萬kW到 達可再生能源占比 20%的要求。為了提高電網(wǎng)容納可再生能源的比例并保持電網(wǎng)的平安穩(wěn)定運行，一方面電網(wǎng)需要增加抽水蓄能電站、快速啟動的燃氣電站建

15、立，另一方面風(fēng)電場要裝備本地儲能設(shè)備和增加機組 控制能力，滿足電網(wǎng)各種運行狀態(tài)下（正常、故障、暫態(tài)、動態(tài)）電網(wǎng)平安穩(wěn)定運行要求，因此，該問題的解決應(yīng)由電網(wǎng)側(cè)、風(fēng)電場側(cè)和與風(fēng)力發(fā)電有關(guān)的利益方共同解決。?風(fēng)電電能質(zhì)量電壓偏差、電壓變動、諧波、閃變。?并網(wǎng)標準適應(yīng)性根據(jù)目前各國風(fēng)電并網(wǎng)的標準要求，沒有一個完全一致的并網(wǎng)標準，因此，各個電網(wǎng)需要根據(jù)一個通用的LVRT導(dǎo)那么，根據(jù)本身電網(wǎng)接入條件確定可再生能源聯(lián)網(wǎng)的具體細那么， 這需要根據(jù)大量的各種規(guī)模的風(fēng)電場接入仿真研究工作來確定，因此，必須借助仿真系統(tǒng)來實現(xiàn)。智能電網(wǎng)關(guān)注的風(fēng)電場重點問題?風(fēng)電場并網(wǎng)需考慮的因素風(fēng)電場無功容量風(fēng)電場并網(wǎng)點調(diào)節(jié)方式（功

16、率因數(shù)調(diào)節(jié)或電壓調(diào)節(jié)）；系統(tǒng)故障時風(fēng)電場保持并網(wǎng)的能力跟蹤有功功率變化率和減出力? 風(fēng)電場在并網(wǎng)運行過程中需具備的能力風(fēng)機的穿越故障能力風(fēng)電場爬坡能力風(fēng)電場為系統(tǒng)穩(wěn)定提供無功功率支持的能力風(fēng)電場響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化自動調(diào)節(jié)出力的能力與電網(wǎng)保護配置及整定相互配合的能力風(fēng)電場（大型）黑啟動能力風(fēng)電場數(shù)據(jù)通信能力風(fēng)電場業(yè)主為電網(wǎng)提供可供電網(wǎng)分析計算用的詳細風(fēng)電場模型及參數(shù)?低電壓穿越能力LVRT?風(fēng)電場爬坡能力風(fēng)電場爬坡能力是風(fēng)機能夠按照電網(wǎng)調(diào)度員的命令增加或減少發(fā)電出力 ，要求風(fēng)電場出 力變化速度低于一定限值，在極限風(fēng)速條件下同一風(fēng)場風(fēng)機不能同時退出運行 ，以保證常規(guī)機 組有足夠反響時間拾取負荷。?對

17、電網(wǎng)擾動響應(yīng)性能1、穩(wěn)態(tài)運行情況A、暫態(tài)不能切除的是:2、響應(yīng)電網(wǎng)擾動能力B、不能方案外切除：暫態(tài)響應(yīng)>風(fēng)力發(fā)電機組動態(tài)響應(yīng)負荷3、擾動恢復(fù)后系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)行為風(fēng)電場其他設(shè)備風(fēng)力發(fā)電機組C、對電網(wǎng)具有輔助支撐作用:風(fēng)力發(fā)電機組a故障前曠故障后穩(wěn)態(tài)心電ED無功甘Var自動詢節(jié)"1 05pu0J5pupL幀穿越”2,目適應(yīng)Vai響應(yīng)丁K電壓寡越.工、言適應(yīng)Var響應(yīng)*(1 lpu-0.5pu)偏自動調(diào)節(jié)“(1 Ipu-O.pu)跟隨計劃戰(zhàn)線調(diào)書+不能非計劃切機+不能刪劃切機.?儲能風(fēng)電場能夠響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化自動調(diào)節(jié)功率輸出，這就要求風(fēng)電場實際出力水平下調(diào)一定百分點，以便于有一定有功備用參加一次調(diào)頻。為防止突發(fā)擾動，要求加強電網(wǎng)可