風(fēng)電 ppt匯報(bào).ppt

1、風(fēng)電并網(wǎng)有關(guān)問(wèn)題探究,徐楓 2012.12.08,目 錄,壹. 引 言,風(fēng)力發(fā)電是21世紀(jì)重要的綠色能源，也是化石能源的重要替代能源之一。加快發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，是世界許多國(guó)家解決能源可持續(xù)利用的重要舉措。 近年來(lái)，全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速增長(zhǎng)，2010年全球風(fēng)電新增裝風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量近0.36億KW，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到1.94億KW，同比增長(zhǎng)22.5%，增長(zhǎng)較往年出現(xiàn)較明顯的下滑，從增長(zhǎng)分布來(lái)看，諸如中國(guó)、印度、巴西的新興風(fēng)電市場(chǎng)新增裝機(jī)容量逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位，傳統(tǒng)歐美風(fēng)電市場(chǎng)新增裝機(jī)容量均較2009年有所下滑。 截止2011年底，世界風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到2.38億KW ，中國(guó)和印度仍是世界風(fēng)電增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力

2、。在許多國(guó)家風(fēng)電強(qiáng)勁增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，2011年世界風(fēng)電增速有所恢復(fù)。,中國(guó)繼2009年超越美國(guó)成為全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量最多的國(guó)家以后，2010年中國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量也實(shí)現(xiàn)了對(duì)美國(guó)的超越 ， 成為全球風(fēng)電裝機(jī)容量最多的國(guó)家，累計(jì)裝機(jī)容量0.42億KW，約占全球總?cè)萘康?21.5%。然而，中國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量?jī)H為0.31億KW，并網(wǎng)比例只有74%，明顯低于歐美國(guó)家的90%以上的并網(wǎng)比例；中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)質(zhì)量、風(fēng)電發(fā)電效率、 海上風(fēng)電裝機(jī)容量、自主研發(fā)能力以及風(fēng)電裝機(jī)出口等指標(biāo)仍與國(guó)際先進(jìn)水平有一定的差距 ，中國(guó)風(fēng)電的發(fā)展仍需謀求質(zhì)的突破。,貳. 中國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)狀況,圖1.近年來(lái)中國(guó)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量增長(zhǎng)狀況,2

3、.1 風(fēng)電并網(wǎng)比例分析,結(jié)論：中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)的背后是風(fēng)電資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，未并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量持續(xù)增長(zhǎng)，棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重并在短時(shí)間內(nèi)難以解決 。 2.2 風(fēng)電并網(wǎng)瓶頸分析 造成風(fēng)電并網(wǎng)率低下的原因一方面是缺乏風(fēng)電消納方案，與風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)的發(fā)電項(xiàng)目輸送線路架結(jié)構(gòu)電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)滯后，繁瑣的并網(wǎng)工作以及并網(wǎng)后電網(wǎng)效益的不確定性也致使電網(wǎng)公司對(duì)于接納風(fēng)電投資的積極性低下；另一方面 ，過(guò)度集中的風(fēng)電分布使得電網(wǎng)難以消納 。,叁. 風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題,概述：風(fēng)能由于其自身特性使得它未被人們充分利用。風(fēng)能資源通常遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，風(fēng)電場(chǎng)的輸出隨著風(fēng)速風(fēng)向的變化而變化，風(fēng)力發(fā)電的特性目前尚未完全明確，所以制

4、約了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。 由于風(fēng)的不可控性和不可預(yù)知性，風(fēng)電場(chǎng)不能像常規(guī)電廠一樣擁有穩(wěn)定的可靠性。同時(shí)，系統(tǒng)需要有與風(fēng)電場(chǎng)額定容量相當(dāng)?shù)膫溆萌萘?，在風(fēng)停時(shí)替代風(fēng)電場(chǎng)。這樣的話，風(fēng)電在電網(wǎng)中占的比率將會(huì)限制在較小的范圍內(nèi)，由于其與電網(wǎng)相聯(lián)成本較高，這往往會(huì)超出能量本身的價(jià)值。 隨著風(fēng)電場(chǎng)的容量越來(lái)越大, 對(duì)系統(tǒng)的影響也越來(lái)越明顯。風(fēng)電場(chǎng)所在地區(qū)往往人口稀少, 處于供電網(wǎng)絡(luò)的末端, 承受沖擊的能力很弱, 因此, 風(fēng)電很有可能給配電網(wǎng)帶來(lái)諧波污染、電壓波動(dòng)及閃變問(wèn)題；風(fēng)電的隨機(jī)性給發(fā)電和運(yùn)行計(jì)劃的制定帶來(lái)很多困難；需要重新評(píng)估系統(tǒng)的發(fā)電可靠性, 分析風(fēng)電的容量可信度；研究新的無(wú)功調(diào)度及電壓控制策略，以保

5、證風(fēng)電場(chǎng)和整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平及無(wú)功平衡及對(duì)孤立系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響等。隨著電力電子元件的性價(jià)比不斷提高, 變速恒頻電機(jī)、雙饋電機(jī)等新型發(fā)電機(jī)組在風(fēng)機(jī)上的推廣應(yīng)用, 風(fēng)電場(chǎng)可以像常規(guī)機(jī)組一樣,承擔(dān)電壓及無(wú)功控制的任務(wù), 正逐漸成為新的研究熱點(diǎn)。,叁. 風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題,4.發(fā)電計(jì)劃與調(diào)度,3.穩(wěn)定問(wèn)題,2.電能質(zhì)量,1.潮流與網(wǎng)損,3.1. 潮流與網(wǎng)損,發(fā)電廠,輸電網(wǎng),負(fù)荷,配電網(wǎng),風(fēng)電場(chǎng),環(huán)狀結(jié)構(gòu)，電壓等級(jí)高，網(wǎng)絡(luò)損耗小,樹狀，結(jié)構(gòu)松散，電壓低，損耗大,P,Q,風(fēng)電場(chǎng)接入配電網(wǎng)以后，減少了輸電網(wǎng)向該地區(qū)輸 送的電力，既緩解的電網(wǎng)的輸電壓力，一般也會(huì)降低系統(tǒng)的網(wǎng)損。,3.2. 電能質(zhì)量,風(fēng)能

6、,隨機(jī)性,不可調(diào)度性,間接性,風(fēng)電因其隨機(jī)性、間接性和不可調(diào)度性的缺點(diǎn)，隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量和風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的增大，并網(wǎng)后對(duì)風(fēng)電機(jī)組功率連續(xù)波動(dòng)和本身產(chǎn)生電力脈動(dòng)給電力系統(tǒng)的電能帶來(lái)負(fù)面影響，需要研究風(fēng)電的特性和評(píng)估其對(duì)電能質(zhì)量的影響。,3.2.1 電壓波動(dòng)和電壓閃變,風(fēng)速變化,風(fēng)機(jī)輸出 功率變化,風(fēng)電場(chǎng)母線及 附近電網(wǎng)電壓 波動(dòng),電壓波動(dòng)成因,風(fēng)力機(jī)輸出功率隨著風(fēng)速隨機(jī)變化，風(fēng)電場(chǎng)注入 電網(wǎng)的有功功率和吸收的無(wú)功功率也會(huì)有所改變， 引起風(fēng)電場(chǎng)母線及附近電網(wǎng)電壓波動(dòng)；同時(shí)，風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)和脫網(wǎng)、補(bǔ)償電容器的投切的操 作時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓造成沖擊。,風(fēng)機(jī)出力 的波動(dòng),電壓閃變 （低于25Hz）,風(fēng)機(jī)超

7、出 切除風(fēng)速,電壓閃變成因,圖2.風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)簡(jiǎn)化示意圖,合適的XR比可以使有功功率引起的電壓波動(dòng)被 無(wú)功功率引起的電壓波動(dòng)補(bǔ)償，使平均閃變值有 所降低。,3.2.2 諧波污染問(wèn)題,一種是風(fēng)機(jī)本身配備的電力電子裝置, 可能帶來(lái)諧波問(wèn)題 .,諧波污染,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并聯(lián)補(bǔ)償電容器可能和線路的電抗發(fā)生諧振,成因,濾波器,無(wú)源濾波器,有源濾波器 （APF）,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格 低廉，運(yùn)行可靠,主導(dǎo)地位,有些情況下，采用APF和傳統(tǒng)的濾波裝置組合而成 的混合型濾波器，由電容吸收高次諧波，而APF提 高濾波性能，具有較好的性價(jià)比。,與閃變問(wèn)題相比，在實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)的諧 波問(wèn)題不是很嚴(yán)重。,解決方法,3

8、.3 穩(wěn)定問(wèn)題,3.3.1 無(wú)功和電壓?jiǎn)栴} 大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)時(shí)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)無(wú)功功率的消耗是導(dǎo)致電網(wǎng)產(chǎn)生電壓?jiǎn)栴}的主要原因。如果電網(wǎng)不能滿足風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功需求，就會(huì)產(chǎn)生電壓?jiǎn)栴}，這也是限制風(fēng)電場(chǎng)容量繼續(xù)增長(zhǎng)的一個(gè)重要因素。 在電網(wǎng)規(guī)劃沒(méi)有與風(fēng)電規(guī)劃協(xié)調(diào)發(fā)展時(shí)，往往電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力不能適應(yīng)風(fēng)電規(guī)劃的發(fā)展，接入的風(fēng)電場(chǎng)的容量收到電網(wǎng)自身?xiàng)l件限制。 通過(guò)采用一定的無(wú)功補(bǔ)償手段，可以增加電網(wǎng)電壓穩(wěn)定裕度、提高風(fēng)電場(chǎng)的最大裝機(jī)容量。,解決方法,改善風(fēng)電接入地區(qū) 電網(wǎng)的電壓水平和 電壓穩(wěn)定性,加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),采用具有電壓 無(wú)功控制能力 的雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組,在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)安裝能夠 在風(fēng)速波動(dòng)時(shí)提供快 速的無(wú)功補(bǔ)

9、償,3.3.2 暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題,或是通過(guò)在風(fēng)電場(chǎng)安 裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置、 及利用變速風(fēng)電機(jī)組 的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力 在暫態(tài)過(guò)程中及故障 后電網(wǎng)的恢復(fù)過(guò)程中 支撐電網(wǎng)電壓，保證 區(qū)域電網(wǎng)的暫態(tài)電壓 穩(wěn)定,如不穩(wěn)定，需利用風(fēng) 電場(chǎng)或風(fēng)電機(jī)組的保 護(hù)將風(fēng)電場(chǎng)或風(fēng)電機(jī) 組切除以保證區(qū)域電 網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。,3.4 發(fā)電計(jì)劃與調(diào)度,傳統(tǒng)的發(fā)電計(jì)劃基于電源的可靠性以及負(fù)荷的可預(yù)測(cè)性, 以這兩點(diǎn)為基礎(chǔ), 發(fā)電計(jì)劃的制定和實(shí)施有了可靠的保證。但是, 如果系統(tǒng)內(nèi)含有風(fēng)電場(chǎng), 因?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)出力的預(yù)測(cè)水平還達(dá)不到工程實(shí)用的程度, 發(fā)電計(jì)劃的制定變得困難起來(lái)。如果把風(fēng)電場(chǎng)看做負(fù)的負(fù)荷, 不具有可預(yù)測(cè)性；如果把它看做電

10、源,可靠性沒(méi)有保證。 一般而言，我國(guó)風(fēng)力資源豐富的地區(qū)不甚發(fā)達(dá)，無(wú)法消納大規(guī)模的風(fēng)電電力，且地區(qū)負(fù)荷特性往往與風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電功率特性相反，或稱之為風(fēng)電的反調(diào)峰特性，導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)電接入后往往會(huì)增加電網(wǎng)調(diào)度的難度，需要電網(wǎng)留有更多的備用電源和調(diào)峰容量，這必將給電網(wǎng)帶來(lái)附加的經(jīng)濟(jì)投入，增加電網(wǎng)運(yùn)行的費(fèi)用。,肆. 風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越能力,低電壓穿越(LVRT)，指在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間(區(qū)域)。 LVRT是對(duì)并網(wǎng)風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí)仍保持并網(wǎng)的一種特定的運(yùn)行功能要求，也是風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)暫

11、態(tài)穩(wěn)定的一種表現(xiàn)。 各國(guó)低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)和德國(guó)E.ON 公司的標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)系統(tǒng)電壓跌落到15%額定電壓時(shí)，風(fēng)機(jī)必須為系統(tǒng)提供一定的無(wú)功支持，持續(xù)并網(wǎng)625毫秒。 澳大利亞要求電壓跌落到0時(shí)，風(fēng)機(jī)必須并網(wǎng)不間斷運(yùn)行175ms。,中國(guó)低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn),圖3.中國(guó)低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn),4.1 低電壓穿越能力的必要性,當(dāng)風(fēng)電在電網(wǎng)中所占比例較低時(shí)，若電網(wǎng)出現(xiàn)故障， 風(fēng)機(jī)就實(shí)施被動(dòng)式自我保護(hù)而立即解列，不用考慮故 障的持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度，從而最大限度地保障風(fēng)機(jī) 安全，這種情況是可以接受的。,當(dāng)風(fēng)電在電網(wǎng)中占得比例較大時(shí)，若風(fēng)機(jī)在系統(tǒng)發(fā)生 故障時(shí)，如果風(fēng)機(jī)在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)仍采取被動(dòng)保護(hù) 式解列方式，系統(tǒng)將

12、失去大量電源，造成系統(tǒng)的二次 沖擊，增加了系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚至可能加劇故障， 導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。此時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組必須要求風(fēng)電機(jī)組具 有相應(yīng)的低壓穿越能力，且必須采取有效的低電壓穿 越措施，以維護(hù)風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)的穩(wěn)定。,4.2 電網(wǎng)故障期間風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理分析,電網(wǎng)故障,機(jī)端電壓 下降,定子回路 電壓跌落,電磁轉(zhuǎn)矩 減小,定子端通過(guò)變壓器直接掛網(wǎng),以增加crowbar保護(hù)電路的 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例,風(fēng)機(jī)不斷 加速,機(jī)械轉(zhuǎn)矩瞬時(shí)不變,無(wú)低壓穿越能力,風(fēng)機(jī)解列,轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng) 電流增大,轉(zhuǎn)子被crowbar 保護(hù)電路短接,實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī) 的低壓穿越,4.3 低電壓穿越的技術(shù)實(shí)現(xiàn),轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)（crowbar保護(hù)電路）：,圖4.crowbar保護(hù)電路,引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),采用合理的勵(lì)磁控制算法,伍. 結(jié) 論,隨著我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷增長(zhǎng)，風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題、風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)電能和穩(wěn)定性的影響等問(wèn)題也