风电并网专题讲座风电并网及其对电力系统的影响.pptx

前 言截至2007年底,中国风电装机容量为605万千瓦,次于德国、美国、西班牙、印度排名世界第五位。风电场出力的主要特点是随机性与不可控,主要随风速变化。因此,风电并网运行对电网运行带来诸多不利影响。分析风电场并网对电网影响是风电事业发展的关键技术问题,同时也是电网企业安全、经济运行的一个新课题。1第1页/共133页内容摘要第一部分、引言；第二部分、各类风力发电机组并网运行的模式及其特点；第三部分、风电并网对电力系统造成的影响；第四部分、风电并网前的相关测试与分析；第五部分、风电场并网的相关技术规定。2第2页/共133页第一讲、引言 3第3页/共133页1.1 风电行业发展特点风电装机容量快速增加风电机组制造业正在兴起“建设大基地，接入大电网”成为主要模式“空中三峡”和“海上三峡”4第4页/共133页5第5页/共133页The GermanWind Power Plant“09/2005Wind Turbine/Wind Farm SitesSource:ISETTotal WT number:16,800 WTsInstalled capacity:17,360 MW6第6页/共133页丹麦西部电网概况7第7页/共133页1.2 风电场作为电源的特点输出的随机性和波动性可预测性和可控制性差风电场输出随时间变化风电场输出概率分布8第8页/共133页 1.3 风电功率间歇性和波动性的影响(1)风电功率波动带电网运行调度带来的基本问题：电压调节与频率调节(2)风电功率波动的特点幅度大频次高速度慢9第9页/共133页 1.4 风力发电机组为什么要并网运行？风能是一种波动不稳定的能源，如果没有储能装置或与其他发电装置互补运行，风力发电装置本身难以提供连续稳定的电能输出。大型风机与电力网并网运行可解决此问题。10第10页/共133页1.5 风力发电机并网有什么好处？风力发电其固有的趋势规律很适合并入电网系统，为电力网负载能力曲线起到了填谷补偿作用：1.适合每日电力消耗的规律：典型的天气模式是晚上风小，白天风比较大；2.适合季节性电力消耗的规律：夏天的风通常比冬天的风弱；而电力消耗正好也是一般冬天比夏天来得大。11第11页/共133页 1.6 风力发电机组并网有哪几种方式？1.大、中型风力发电机组（100千瓦以上）与电力网并网运行；2.小型风力发电机（10千瓦到100千瓦）与柴油发电机或其他发电装置并联互补运行；3.微型风力发电机（10千瓦以下）主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行。12第12页/共133页1.7 风机并网需要考虑哪些方面？电力质量方面：如无功功率、开关操作时的电压波动（切入开机、切出停机），运行时的电压波动（例如，风速变化）。低电压过渡方面：电网可能会有瞬间电压下降的现象。在某些国家，低电压过渡要求指定了之某些电压下降值的情况下，风力发电机不可以脱离电网。电网故障时，风力发电机送出的故障电流。13第13页/共133页 第二讲、各类风力发电机并网运行的模式及其特点 引言风力发电机组及其分类恒速恒频风电机组并网运行的模式及其特点变速恒频风电机组并网运行的模式及其特点14第14页/共133页引 言分析风电并网的影响，首先要考虑风力发电机类型的不同。不同风电机组工作原理、数学模型都不相同。因此，分析方法也有所差异。目前国内风电场选用的各种机型都有其特点。15第15页/共133页2.1 风力发电机组及其分类风力发电机组的分类：按风轮桨叶分类风力发电机组的分类：按风轮转速分类风力发电机组的分类：按传动机构分类风力发电机组的分类：按发电机分类风力发电机组的分类：按并网方式分类定桨定速 vs.变桨变速：输出功率比较16第16页/共133页风力发电机组的分类按风轮桨叶分类：失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作，限制风力机的输出转矩与功率；变桨型：高风速时通过调整桨距角，限制输出转矩与功率。17第17页/共133页风力发电机组的分类按风轮转速分类：定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率较低，与恒速发电机对应；变速型：（1）双速型：可在两个设定转速运行，改善风能转换率，与双速发电机对应；（2）连续变速型：在一段转速范围内连续可调，可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。18第18页/共133页风力发电机组的分类按传动机构分类：齿轮箱升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机；（减小发电机体积重量，降低电气系统成本）直驱型：直接连接低速风力机和低速发电机。（避免齿轮箱故障）19第19页/共133页风力发电机组的分类按发电机分类：异步型：（1）笼型单速异步发电机；（2）笼型双速变极异步发电机；（3）绕线式双馈异步发电机；同步型：（1）电励磁同步发电机；（2）永磁同步发电机。20第20页/共133页风力发电机组的分类按并网方式分类：并网型：并入电网，可省却储能环节。离网型：一般需配蓄电池等直流储能环节，可带交、直流负载。或与柴油发电机、光伏电池并联运行。21第21页/共133页什么是恒速恒频与变速恒频？在风力发电中,当风力发电机与电网并联运行时,要求风电频率和电网频率保持一致,即风电频率保持恒定,因此风力发电系统分为恒速恒频发电机系统(CSCF 系统)和变速恒频发电机系统(VSCF 系统).22第22页/共133页2.2 恒速恒频风电机组并网运行的模式及其特点恒速恒频发电机系统是指在风力发电过程中保持发电机的转速不变从而得到和电网频率一致的恒频电能.恒速恒频系统一般来说比较简单,所采用的发电机主要是同步发电机和笼形异步发电机,前者运行于由电机极数和频率所决定的同步转速,后者则以稍高于同步转速的速度运行.23第23页/共133页恒速恒频的同步风电机组24第24页/共133页 恒速恒频同步发电机的并网条件 1.需满足风力发电机的端电压等于电网的电压；2.风力发电机的频率等于电网的频率；3.风力发电机的相序与电网的相序相同才可并网。25第25页/共133页 恒速恒频同步发电机的运行特点并网过程通常可以使用计算机自动检测。对风力发电机的调速装置要求较高，成本较贵。并网时能使瞬态电流减至最小，从而让风力发电机组和电网受到的电流冲击也最小。当风力发电机组功率保持不变时，通过调节励磁电流，不仅能向电网发出有功功率，而且能向电网发出无功功率，有助于提高电网的供电能力。对电网时刻控制要求精确，若控制不当，则有可能产生较大的冲击电流，以致并网失败。26第26页/共133页恒速异步风力发电机简介国内已运行风电场大部分机组是异步风力发电机。主要特点是结构简单,运行可靠,价格较便宜。此种发电机为定速恒频机组,运行中转速基本不变,风力发电机组运行在风能转换最佳状态下的几率比较小,因而,发电能力比新型机组低。同时,运行中需要从电力系统中吸收无功功率。为满足电网对风电场功率因数的要求,采用在机端并联补偿电容器的方法,其补偿策略是异步发电机配有若干组固定容量电容器。27第27页/共133页 恒速笼型异步风力发电机系统28第28页/共133页三相笼型异步风力发电机29第29页/共133页 笼型异步风力发电机的内部结构定子铁心转子绕组（端环）机座转子铁心定子绕组风扇端盖30第30页/共133页 恒速异步风力发电机并网运行条件 感应发电机的相序必须和电网相序相同，并网时发电机转速应尽可能接近电网同步转速。（这样冲击电流才能快速衰减）31第31页/共133页恒速异步风力发电机的运行特点并网过程比较简单，感应发电机并网时自身不产生电压，但是合闸瞬间会流过额定电流值56倍的冲击电流，一般零点几秒后才转入稳态。目前在较大型的风力发电机组中，常采用的是双向晶闸管软并网。通常需要采用电容器进行适当的无功补偿。32第32页/共133页恒速恒频风力发电机的主要缺点恒速恒频风力发电机的主要缺点有以下几点:1)风力机转速不能随风速而变,从而降低了对风能的利用率;2)当风速突变时,巨大的风能变化将通过风力机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件,在这些部件上产生很大的机械应力;3)并网时可能产生较大的电流冲击.33第33页/共133页2.3 变速恒频风电机组并网运行的模式及其特点变速恒频发电机系统是指在风力发电过程中发电机的转速可以随风速变化,而通过其他的控制方式来得到和电网频率一致的恒频电能.34第34页/共133页2.3 变速恒频发电系统目前的恒速机组,大部分使用异步发电机,在发出有功功率的同时,还需要消耗无功功率(通常安装电容器给以补偿).而现代变速风电机组却能十分精确地控制功率因数,甚至向电网输送无功,改善系统的功率因数.由于以上原因,变速风电机组越来越受到风电界的重视,特别是在进一步发展的大型机组中将更为引人注目.当然,决定变速机组设计是否成功的一个关键是变速恒频发电系统及其控制装置的设计.35第35页/共133页 变速恒频风力发电机系统gearboxbrakepitch driveinverterrectifierline coupling transformergrid sidebreakerYaw drivegenerator sidebreakerConverter(full rating)wind turbine controllerconverter controllerCage Induction generator 36第36页/共133页 变速恒频的同步发电机组37第37页/共133页 变速恒频的同步发电机系统并网运行特点可以使风力发电机组在很大风速范围内按最佳效率运行，可实现最大功率输出控制；因为采用频率交换装置进行输出控制，并网时不会对系统造成电流冲击；同步发电机的工作频率与电网频率是彼此独立的，叶轮及发电机的转速可以变化，不会发生同步发电机的失步问题；由于频率变换装置采用静态自励式逆变器，会产生高次谐波电流流向电网。38第38页/共133页变速恒频的磁场调制风电机组 39第39页/共133页 变速恒频的磁场调制发电机系统并网运行特点可以使风力发电机组在很大风速范围内按最佳效率运行，可实现最大功率输出控制。输出电压的频率和相位取决于励磁电流的频率和相位，而与发电机轴的转速无关。40第40页/共133页双馈异步风力发电机简介目前国内一些在建风电场选用双馈异步风力发电机的大部分都是国外设备,价格较贵。此种机型称为变速恒频发电系统,由于风力机变速运行,其运行速度能在一个较宽的范围内调节,使风机风能利用系数Cp 得到优化,获得高的系统效率;可以实现发电机较平滑的电功率输出;发电机本身不需要另外附加无功补偿设备,可实现功率因素一定范围内的调节,例如功率因素从0.95 领先到0.95 滞后范围内,因而具有调节无功功率出力的能力。41第41页/共133页基于双馈感应发电机的变速风电机组42第42页/共133页双馈异步风力发电机系统系统主回路构成：双馈异步发电机 交直交双向功率变换器43第43页/共133页双馈异步风力发电机系统 国产1MW双馈异步风力发电机44第44页/共133页双馈异步风力发电机的并网的运行特点可以使风力发电机组在很大风速范围内按最佳效率运行，可实现最大功率输出控制。发电机定子三相绕组直接与电网相联，转子绕组经交/交循环变流器联入电网。风力发电机接近同步转速时，由循环变流器对电压、频率和相位进行控制，并网时基本上无电流冲击。风力发电机的转速可随风速及负荷的变化及时作出相应的调整，使风力发电机组以最佳叶尖速比运行，产生最大的电能输出。通过对励磁电流的频率、幅值和相位的调整。可保证风力发电机在变速运行的情况下发出恒定频率的电力，调节励磁时不仅调节无功功率，也可以调节有功功率。45第45页/共133页 第三讲、风电并网对电力系统造成的影响 培训主题1.风电并网对电力系统稳定性的影响2.风电场对电力系统电能质量的影响3.风电并网对继电保护的影响4.风电并网对电力系统自动控制的影响5.风电并网对输电通道的影响6.风电并网对电网经济运行的影响7.风电对环保的负面影响8.风电场接入点的位置对电网的影响46第46页/共133页 3.1风电并网对电力系统稳定性的影响类似于感应电动机，异步发电机在并网瞬间会产生较大的冲击电流，一般约为发电机额定电流的4倍 7倍，并使电网电压瞬时下降。并网时的冲击电流大小与其发电机本身的暂态电抗、并网时的电压高低及并网时的滑差有关。滑差越大则交流暂态衰减时间就越长，并网时冲击电流有效值也就越大。47第47页/共133页风电对电力系统稳定性的影响电压稳定性 风电场电压支撑能力较弱，重点关注，实际系统中已经发生。暂态稳定性 Direct connected induction generator base wind turbine generators will add some inertia to the system,however,doubly-fed and full-converter units do not unless specially designed to do so.频率稳定性 孤立系统中应当重点关注。48第48页/共133页风电对电力系统稳定性的影响风电机组电压保护和LVRT特性对稳定性分析结果的影响。49第49页/共133页风电对电力系统稳定性的影响 风电机组频率保护与有功/频率调节特性对稳定性分析的影响。50第50页/共133页 3.2 风电场对电力系统电能质量的影响随着风力发电规模的增加，人们非常关心风电场并网运行后给电能质量带来的负面影响。为此有必要对风电场并网运行可能引起的电力系统电压偏差和频率偏差、电压波动和闪变等电能质量问题进行分析和研究。从欧美风电发达国家的经验看，随着大量引入风力发电而出现的稳态电压问题，主要是薄弱系统的电压偏差问题，其次是电压波动和闪变问题。51第51页/共133页3.2 风电场对电力系统电能质量的影响IEC 61400-21 风电机组电能质量特性测量与评价(1)连续运行过程：闪变系数c(k)和c(k，va)(2)切换操作过程：闪变阶跃系数和电压变动系数(3)采用电力电子变换器的风电机组，必须测量到基波频率的50倍，并且必须确定出最大谐波电流畸变。注：风电机组电能质量参数测试是开展风电场电能质量指标评价的基础。52第52页/共133页风电并网对电网电压偏差的影响风力发电出力随风速大小等因素而变化，同时由于风力资源分布的限制，风电场大多建设在电网的末端，网络结构比较薄弱。而且风力发电机多采用感应电机感应发电机的运行需要无功支持。尽管可以通过投入无功补偿装置来提高功率因数，但是频繁的投切存在时间上的延迟，势必对并网系统的电压稳定产生威胁。53第53页/共133页 电压偏差的概念 供电系统总负荷或其部分负荷正常改变，导致供电电压偏离额定电压的缓慢变动，通常称为电压偏差，即 式中：U为实际电压；UN为额定电压。国标GB123251990 规定我国供电电压允许偏差：35KV及以上供电电压，正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；10kV及以下三相供电电压，允许偏差为额定电压的7%。54第54页/共133页造成电压偏差的因素风电场并网运行引起的电压偏差与所安装风电机组的类型及其控制方式有很大关系，此外也受到输电线路R/X 比的影响。风速变化、风机投切、风湍流等会引起电压波动。特别是在大的风速扰动、故障方式下，风电还将可能使得电网动态电压失去稳定。当系统电压水平降低时，无功补偿量下降很多，而风电场对电网的无功需求反而上升。进一步恶化电压水平，严重时会造成电压崩溃，风机被迫停机。此外。风电场出力过高有可能降低电网的电压安全裕度，容易导致电压崩溃。55第55页/共133页 下表为新疆电力试验研究院和国家电力科学研究院风电下表为新疆电力试验研究院和国家电力科学研究院风电研究室在风电场装机为研究室在风电场装机为1010万千瓦，风电对新疆主电网动态电万千瓦，风电对新疆主电网动态电压特性的影响计算结果。压特性的影响计算结果。典型风速典型风速风电场升压站风电场升压站1010千伏母线电压千伏母线电压典型随机（风速波动幅度为1米秒）0.12-0.23%典型阵风风速（风速突然变化，上升速率为5米秒，时间5秒）0.22-3.61%典型渐变风速（风速逐渐变化，渐变最大幅值5米秒，作用周期5秒）0.51-10.8%脱网+4%启动并网-16%56第56页/共133页风电并网对电网频率的影响风电场对系统频率的影响取决于风电场容量占系统总容量的比例。当风电场容量在系统中所占的比例较大时，其输出功率的随机波动性对电网频率的影响会比较显著。从我国目前地区电网电源组成和负荷水平的角度看，在大区电网互联的形势下电网的规模越来越大，覆盖范围越来越广，风电场接入到大系统中，其容量在电网的总容量中所占的比例甚微对电网的频率的影响很小。57第57页/共133页 频率偏差的概念供电系统总负荷或其部分负荷正常改变，导致供电频率偏离额定频率的缓慢变动，通常称为频率偏差，即 式中：f为实际频率；fN为额定频率，50Hz.国标GB/T159451995规定我国供电频率允许偏差：系统正常频率偏差允许值为0.2Hz;当系统容量较小时，偏差值可以放宽到0.5Hz;冲击性负荷引起的系统频率变动不得超过0.1Hz.58第58页/共133页 造成电网频率偏差的因素风电机组会因为各种原因进行突然停机操作。这种相对频繁的投入和切出操作，使风电场所接入系统的潮流经常处于一种重新分配的过程，除影响电压外，也在一定程度上影响系统的频率。最严重的情况是整个风电场突然切出，造成瞬间电源和负荷的失衡，引起系统频率瞬时降低。频率降低的程度，与风电场装机容量占总电源容量的比例及其占总负荷容量的比例，以及风电场切出时的风速有关。59第59页/共133页 风电并网对电压波动的影响 1.风电机组在变动的风速作用下，其功率输出具有变动的特性，可能引起所接入系统的某些节点（如并网点）的电压波动，特别是受阵风和渐变风的影响。2.风电机组并网运行引起的电压波动源于其波动的功率输出，而输出功率的波动主要是由风速的快速变动以及塔影效应、风剪切、偏航误差等因素引起的。60第60页/共133页 电压波动的概念 电压波动为一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化。电压波动值为电压方均根值的两个极值Umax和Umin之差U，常以其额定电压U的百分数表示其相对百分数，即国标GB/123261990规定我国电力系统公共并网点允许的电压波动:10kV及以下为2.5%；35110kV为2%；220kV及以上为1.6%。61第61页/共133页风电并网造成的电压闪变电压波动会引起许多电气设备不能正常工作，判断电压波动值是否被接受的依据是其对白炽灯工况的影响程度，即引起白炽灯闪变（flicker)的大小。电压闪变的主要影响因素是电压波动的幅值和频率，并和照明装置特性及人对闪变的主观视感有关。电压闪变觉察频率范围为125Hz,敏感的频率范围为612Hz.62第62页/共133页风电并网造成的谐波问题谐波问题是风电并网引起的另外一个电能质量问题。不论何种类型的风电机组，发电机本身产生的谐波是可以忽略的，谐波电流的真正来源是风电机组中的电力电子元件。对于恒速风电机组来说，在持续运行过程中没有电力电子元件的参与，因而也没有谐波电流的产生；当机组进行投入操作时，软并网装置处于工作状态，将产生部分谐波电流，但由于投入过程较短，这时的谐波电流注入实际上是可以忽略的。63第63页/共133页谐波的成因真正需要考虑谐波干扰的是变速恒频风电机组，这是因为其中的变流器始终处于工作状态，谐波电流大小与输出功率基本呈线性关系，也就是与风速大小有关。在正常状态下，谐波干扰的程度取决于变流器装置的设计结构及其安装的滤波装置状况，同时与电网的短路容量有关。64第64页/共133页风电对电力系统调峰与调频的影响根据实测数据研究风电功率的变化规律（随时间变化，统计规律）65第65页/共133页不同类型风电机组对电能质量的影响电能质量风电机组类型A0A1A2B1C1D1最大允许功率PmcPmcPnPmc=PnPmc=PnPmc=PnPmc=PnPmc=Pn60秒平均最大测量功率P60P60PnP60=PnP60=PnP60=PnP60=PnP60=Pn0.2秒平均最大测量功率P0.2P0.2PnP0.2=PnP0.2=PnP0.2=PnP0.2=PnP0.2=Pn无功功率Qf(P)f(P)f(P)f(P)*闪变系数c(k,Va)平均高平均低低低10分钟风电机组的最大切换次数N10CPSCPSCPSCPSCPSCPS2小时风电机组的最大切换次数N120CPSCPSCPSCPSCPSCPS闪变阶跃系数kf(k)高平均平均低低低闪变电压变换系数ku(k)高平均平均低低低最大谐波电流Ih*低低66第66页/共133页一点说明风电并网引起的电压偏差问题，属于风电场规划和控制的问题，是能够通过合理的系统设计、采取并联补偿等措施来限制的；而风电并网引起的电压波动和闪变问题是一个固有的问题，只要风电机组处于运行状态，其波动的功率输出就会对电网电压造成影响，只是影响程度大小不同而已，在某些情况下电压波动和闪变已经成为制约风电场装机容量的主要因素。因此，全面系统地对风电并网引起的电压波动和闪变问题进行研究，就具有了实际意义。67第67页/共133页 3.3 风电并网对继电保护装置的影响风电场与电力系统联络线的潮流有时是双向的，这就给保护配置带来一定的技术难度。并网运行的异步发电机没有独立的励磁机构在电网发生短路故障时由于机端电压显著降低风力发电机应具备一定的低电压维持能力。在保护配置上应设置低电压保护，在低电压保护动作之前，应根据相应的判距自动投切无功补偿装置，尽可能降低无功缺额，维持风力发电机组的稳定运行。68第68页/共133页 3.4 风电并网对电力系统自动控制的影响由于风电场的出力尚不能十分准确预报，可能增加电力系统的计划外负荷，因此，并网风电场的运行给电力系统中调峰和调频机组提出了更高的要求，不仅要求足够的容量，而且要求这些风电机组具有快速响应能力。如果电力系统没有足够的调频容量或者调频机组的响应特性不满足要求，将引起电力系统频率波动。另外，如果电力系统采用火电机组进行调峰或者调频，并网风电场的运行会增加其出力变化甚至启停次数，从而显著增加了运行费用。69第69页/共133页3.5 风电并网对输电通道的影响风电的年利用小时数较常规电场少，大部分时间输出功率远远低于额定容量，按额定容量设计投资大。70第70页/共133页 3.6 风电并网对电网经济运行的影响风电场的发电成本加上合理利润,构成风电的价格。2006 年1 月1 日开始施行的可再生能源法中规定,电网企业必须全额收购可再生能源电量。费用高于常规能源发电平均上网电价之间的差额附加在销售电价中分摊。据统计,我国已建风电场的电价水平在(0.461.2)元/(kWh)之间。目前,国内风电上网电价大概分为:成本利润电价;特许权招标电价;全省统一电价。与火电相比,风电上网电价较高。风电场出力的随即性,可能造成如负荷跟踪、频率控制、备用容量、无功功率和电压调节等电网辅助服务,成本增加,从而影响电网企业的收益。71第71页/共133页 风电并网对电网经济运行的影响 1.由于风电具有的随机波动特性，其发电出力随风力大小变化，为保证对用户的正常供电，电网需根据并网的风电容量增加相应的旋转备用，风电上网越多，旋转备用容量也越多。2.对于新疆这样一个以火电为主的电网，要依靠火电机组降低运行经济性或启停来解决风电的影响。由于火电机组的频繁启停费用较高，一台5万千瓦机组启停一次将消耗约5万元成本。这就造成为了满足风电机组并网运行，必须以降低网内其他电厂和整个电网运行的经济性做为代价。72第72页/共133页 附表：2007年风电上网电价一览表(含税价)序号序号 风电场名称风电场名称 上网电价（元上网电价（元/kWh/kWh）1 浙江苍南风电场 1.22 河北张北风电场 0.9841 3 辽宁东岗风电场 0.91544 辽宁大连横山风电场 0.95 吉林通榆风电场 0.96 黑龙江木兰风电场 0.857 上海崇明南汇风电场 0.7738 广东汕尾红海湾风电场 0.7439 广东南澳风电场 0.7410 甘肃玉门风电场 0.7311 海南东方风电场 0.6512 广东惠来海湾石风电场 0.6513 内蒙古锡林浩特风电场0.6478614 广东南澳振能风电场 0.6215 内蒙古朱日和风电场 0.609416 内蒙古辉腾锡勒风电场 0.60917 内蒙古商都风电场 0.60918 新疆达坂城风电场一厂 0.53319 新疆达坂城风电场二厂 0.53320 福建东山澳仔山风电场 0.4673第73页/共133页 3.7 风电对环保的负面影响风电虽具有良好的环保效益，但是按照可再生能源法，从2006年元月1日起，风力发电将实行强制上网。新疆电网以火电机组为主，在低谷时段如风电大发，火电厂机组由于受最低技术出力限制可能被迫投油或停机，火力发电厂不仅将增加耗油量、耗煤量，影响机组使用寿命，而且由于锅炉低负荷投油助燃，电除尘必须退出，又将造成污染排放超标。74第74页/共133页 3.8 风电场接入点的位置对电网的影响相同装机容量的风电场在不同的接入点对电网的影响是不相同的。在短路容量大的接入点对系统的影响小,反之,影响大。75第75页/共133页第四讲、风电并网前的相关测试与分析风电并网前的相关测试风电并网前的相关分析76第76页/共133页 根据区域电网的特点，开展风电规划与接入系统专题研究，确定不同条件下电网与给定节点上合理的风电装机规模。风电场接入电网的潮流与无功/电压计算风电场接入电网的稳定性计算风电场接入电网的调峰与调频分析风电场接入电网的电能质量分析 4.1 风电并网前的相关测试77第77页/共133页仿真分析的基础 风电机组和风电场模型 假设的计算条件（Variability,predictability and controllability of wind power）模型验证u风电机组数学模型u风电场数学模型数字仿真78第78页/共133页风电场电气特性测试 风电场并网导则的符合性测试（Grid Code Compliance Test）。风电机组并网特性测试 低电压和高电压穿越特性（LVRT，HVRT）、常规电厂特性（Power Plant Behavior）。风电机组基本特性测试 功率特性、电能质量、噪声和载荷测试。测试79第79页/共133页测试GB/Z 19963-2005风电场接入电力系统技术规定80第80页/共133页测 试风电场并网导则的符合性测试 （Grid Code Compliance Test）u风电场有功功率风电场最大功率变化率81第81页/共133页u风电场无功功率 风电机组的可控功率因数变化范围应在0.95(超前)至+0.95(滞后)之间。国外风电机组/风电场无功功率曲线 82第82页/共133页u风电场运行电压（1）当风电场并网点的电压偏差在-10%+10%之 间时，风电场应能正常运行。（2）风电场电压保护设置（Voltage Tolerance）83第83页/共133页u风电场运行频率频率偏离下的风电场运行84第84页/共133页u电能质量指标电压偏差电压变动闪变谐波85第85页/共133页风电机组基本特性测试u功率特性功率曲线功率系数年发电量u电能质量最大测量功率、无功功率闪变系数谐波电流切换操作86第86页/共133页风电机组基本特性测试u噪声 风电机组的噪声测试包括对应不同风速下A 计权声压级测量、1/3 频程测量、窄带测量，并通过窄带测量分析噪声的音值。通过等效连续声压级可以计算6 10m/s 每个整数风速下的视在声功率。u载荷测试87第87页/共133页风电机组的电厂特性风电机组的低电压穿越特性（LVRT）风电机组的有功功率控制风电机组的无功功率控制风电机组的频率控制88第88页/共133页 风电机组LVRT特性测试 Source:WINDTEST KWK89第89页/共133页 风电机组并网特性测试 低电压穿越特性（LVRT）不同并网导则对风电机组LVRT特性的要求90第90页/共133页 风电机组并网特性测试 常规电厂特性（Power Plant Behavior）风电机组有功功率控制Source:WINDTEST KWK91第91页/共133页 风电机组并网特性测试 Source:WINDTEST KWK6MVA LVRT测试设备92第92页/共133页电网故障后的风电机组功率变化e.g.10%of rated power per min最大限值 实际变化曲线Source:WINDTEST KWK93第93页/共133页风电功率预测物理方法统计方法94第94页/共133页统计方法（神经网络）95第95页/共133页 德国预测系统德国预测系统WPMS应用应用电力公司风电装机容量（MW）运行时间E.ON23562001.07VE-T7252003.11RWE4612003.05EnBW1082005.0396第96页/共133页风电功率预测曲线实时，天前，4小时前，2小时前Source:ISET97第97页/共133页RWE TSO Control CenterE.ON TSO Control Center98第98页/共133页Low wind speed conditions设定值实际值风电场有功功率控制Source:WINDTEST KWK99第99页/共133页设定值实际值Power factor风电场无功功率控制Source:WINDTEST KWK100第100页/共133页仿 真测 试预 测控 制 验证计算结果验证控制策略提供功率曲线对策与建议101第101页/共133页4.2 风电并网前的相关分析电网接受最大风电能力问题电力系统中风电装机容量比例问题102第102页/共133页“电网接受最大风电能力”问题的提出由于风电不能参与电网调频和调压。所以大规模风电接人电网后，风电对电网的影响将会比较突出，风电引起电网的稳态频率和电压偏移很可能超出电网允许范围，特别是在大的风速扰动、故障方式下，风电还将可能使得电网动态电压失去稳定。由此可见，确定一个给定的电网中允许接入的风电场最大装机容量不仅成为风电场规划设计阶段需要解决的首要问题，而且也是确定风电场接入系统方案的基础。103第103页/共133页“电网接受最大风电能力”问题的分析电网可接受风电能力的大小与风电机组的类型、并网点选择以及系统网络结构等都有很大的关系。确定最大风电接受能力。需要对风电并网后风电场与系统之间相互影响进行全面分析。既要使得局部电网的电能质量得到保证。又要保证系统故障方式下风电场机组稳定运行。由于风电最大接入容量受各种因素的制约。必须根据风电场的实际条件进行系统的研究后才能获得相关结论。104第104页/共133页上述问题又可以归结为两个小问题对于“电网接受最大风电能力”的问题，又可以归结为两个小问题：首先是就电力系统的某一个节点而言，所允许接入的风电场最大装机容量为多大？其次是对于给定的电力系统，其所允许的最大风电装机比例是多少？105第105页/共133页为分析上述问题，先介绍两个与“电网接受最大风电能力”有关的概念(1)风电穿透功率极限。(2)风电场短路容量比。106第106页/共133页(1)风电穿透功率极限风电穿透功率是指系统中风电场装机容量占系统总负荷的比例。风电穿透功率极限定义为在满足一定技术指标的前提下接入系统的最大风电场装机容量与系统最大负荷的百分比。表征系统能够承受的最大风电场装机容量。根据欧洲国家的一些统计数据,风电穿透功率达到10%是可行的。107第107页/共133页(2)风电场短路容量比定义为风电场额定容量Pwind 与该风电场与电力系统的连接点(PCC)的短路容量Ssc 之比。短路容量表示网络结构的强弱,短路容量大说明该节点与系统电源点的电气距离小,联系紧密。风电场接入点的短路容量反映了该节点的电压对风电注入功率变化的敏感程度,风电场短路容量比小表明系统承受风电扰动的能力强。对于风电场的短路容量比这一指标,欧洲国家给出的经验数据为3.3%5.0%,日本学者认为短路比在10%左右也是允许的。108第108页/共133页电力系统中某节点所能承受的并网风电场容量不难理解，电力系统中某节点所能承受的并网风电场容量主要取决于该节点的电压强度。衡量某节点电压强度的指标为短路容量，网络某点的短路容量等于该点三相短路电流与额定电压的乘积。如果短路电流用I表示，线电压用U表示，则短路容量为 109第109页/共133页 电力系统中某节点所能承受的并网风电场容量短路容量是系统电压强度的标志。短路容量越大，表明网络越强，负荷、并联电容器或电抗器的投切不会引起电压幅值大的变化；相反，短路容量越小，表明网络越薄弱。目前，欧洲一些国家通常根据短路容量来确定风电场的装机规模，一般规定风电场的额定功率(MW)和节点短路容量(MVA)的比值为4%5%。110第110页/共133页 4.3 电力系统中风电装机容量比例问题对于整个电力系统中风电装机容量的比例问题，很难做出通用的准则。必须针对具体电力系统特性，进行系统的分析和计算。需要考虑的因素有：（1）电力系统常规发电厂的运行范围和响应特性；（2）风电场在系统中的分布和并网方案；（3）为了提高风电场的装机容量，电力系统调度中心可能采用的对策，如限制其他机组的出力，增加系统的电压调节能力等等。111第111页/共133页1.风电实际出力从不超过装机容量的95；2.在95的时间内，风电出力低于装机容量的80。112第112页/共133页第五讲、风电场并网的技术规定引言我国风电并网技术规定丹麦风电并网技术标准113第113页/共133页5.1 引言我国与风电并网有关的法律与法规可再生能源法可再生能源中长期发展规划可再生能源发电价格和费用分摊管理办法可再生能源发电有关管理规定节能发电调度办法（试行）电网企业全额收购可再生能源电量监管办法其他114第114页/共133页节能发电调度办法（试行）(国家发展改革委，环保总局，电监会，能源办，2007年8月)（五）机组发电序位表的编制：1.无调节能力的风能、太阳能、海洋能、水能等可再生能源发电机组；2.（十二）各级电力调度机构依照以下原则，对已经确定运行的发电机组合理分配发电负荷，编制日发电曲线。1.除水能外的可再生能源机组按发电企业申报的出力过程 曲线安排发电负荷。（十四）节能发电调度要坚持“安全第一”的原则。电力调度机构应依据电力系统安全稳定导则的要求，对节能发电调度各环节进行安全校核，相应调整开停机方式和发电负荷，保障电力系统安全稳定运行和连续可靠供电。5.1 引言115第115页/共133页电网企业全额收购可再生能源电量监管办法(国家电力监管委员会令第25号，2007年7月)电网企业全额收购其电网覆盖范围内可再生能源并网发电项目上网电量，可再生能源发电企业应当协助、配合。电网企业应当保证可再生能源并网发电机组电力送出的必要网络条件。可再生能源发电机组并网应当符合国家规定的可再生能源电力并网技术标准，并通过电力监管机构组织的并网安全性评价。国家电力监管委员会制定并发布可再生能源发电的购售电合同和并网调度协议的示范文本。5.1 引言116第116页/共133页 5.2 我国风电场接入电网的技术规定一、风电场有功功率基本要求 风电场应根据电网运营企业的指令来控制其输出的有功功率。a)电网故障或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率，以防止输电线路发生过载，确保电力系统稳定性。b)当电力系统调频能力不足时，需要限制风电场的功率变化率。c)当电网频率过高时，如果常规调频电厂容量不足，则需要降低风电场有功功率。117第117页/共133页风电场装机容量(MW)10min最大变化量(MW)1min最大变化量(MW)15010030二、最大功率变化率：风电场应限制输出功率的变化率。最大功率变化率包括1min功率变化率和10min功率变化率，具体限值可参照下表，在风电场启动过程中以及在风速增长过程中，功率变化率应当满足此要求。1