近期中国风电并网的研究(戴慧珠)

近期中国风力发电并网研究戴慧珠[e-mail]可再生能源部中国电力科学研究院2007年10月16日1．中国风力发电的现状2．风力发电并网的研究情况3．风力发电的特点4．并网研究的主要内容4．1负载和风力发电输出的关系4．2风机模型4．3静态电压稳定性4．4对短路容量的影响4．5对系统暂态稳定性的影响4．6暂态电压稳定性分析5．中国风力发电导则6．结论1．中国风力发电的现状在中国的装机容量年份200120022003200420052006总装机容量（MW）338490356570391410440000500000600000风电厂总装机容量401．7445．0568．4763．81260．02560．0风电厂所占比例0．1190．1250．1450．1740．250．43世界风机总装机容量2400031000403004731759004739041．中国风力发电的现状2006年底，风机的总装机容量是2560MW风电厂91风机34011．中国风力发电的现状国家发改委风力发电发展目标年份2005201020152020装机容量1000500010000300002．风力发电并网的研究情况吉林省电网的风能供应能力研究内蒙古自治区喀什喀腾旗塞罕坝风电厂与系统的并网风力发电对赤峰电网电能质量的影响和控制策略研究十一五（2006－2010）计划中关于新疆大阪城区域风力发电计划的研究十一五（2006－2010）计划中关于新疆自治区的风力发电计划的研究2．风力发电并网的研究情况风电结合水电站运行以及新疆自治区内风力发电发展的经济性分析宁夏省电网的风能供应能力研究通辽电网的风能供应能力研究十一五计划中关于黑龙江省电网风能供应能力的研究内蒙古赤峰孙家营风电厂和五道沟风电厂的并网问题研究3．风力发电的特点风力发电的波动性风力发电输出是断断续续的。不同的技术（失速型，变浆距控制型，主动失速型/IG感应发电机,DFIG双馈式感应发电机,PMG永磁式发电机）风力发电的输出很难调度需要附加备用容量小型风电厂并网大型风电厂并网稳定性备用容量4．并网研究的主要内容4．1负载和风力发电输出的关系纵轴为功率，单位MW，横轴为时间，单位为小时load负荷equivalentload等效负荷windpower风能Dec.31：12月31日Apr.15：4月15日风电厂的并网使等效尖峰负荷和轻负荷的差距变大日负荷和风能输出的等效负荷曲线4．并网研究的主要内容4．2风机模型固定速度风机常规型感应发电机转差型感应发电机变速风机双馈式感应发电机永磁式多级同步发电机4．并网研究的主要内容4．2风机模型blade叶片GearBox齿轮箱InductionGenerator感应发电机LowVoltageBus低压母线UnitTransformer变压器MediumVoltageBus中压母线HighVoltageBus高压母线Substationtransformer站用变压器ExternalGrid外部电网基于感应发电机的风机结构4．并网研究的主要内容4．2风机模型感应发电机R-X等效电路感应发电机模型4．并网研究的主要内容4．2风机模型blade叶片DFIG双馈式感应电动机HighVoltageBus高压母线GearBox齿轮箱Substationtransformer站用变压器InductionGenerator感应发电机ExternalGrid外部电网LowVoltageBus低压母线Rotorsideconverter转子侧变流器UnitTransformer变压器Gridsideconverter电网侧变流器MediumVoltageBus中压母线Pref参考有功功率，Qref参考无功电压基于双馈式感应发电机的风机结构4．并网研究的主要内容4．2风机模型双馈式感应发电机稳态等效电路双馈式感应发电机模型4．并网研究的主要内容4．3静态电压稳定性研究用系统Localgridforwind当地使用风能的电网Maingrid主网Powerplant发电站WindFarm风电厂HighVoltageGrid高压电网4．并网研究的主要内容4．3静态电压稳定性纵轴BusvoltageofPOI:公共母线电压,单位为pu横轴windFarmActivePowerOutput：风电厂有功功率输出，单位为MW使用双馈式感应发电机的风电厂可以通过PWM换流器来调节无功功率。即是说风电厂对本地电网电压的影响被减弱了。基于不同风机技术的风电厂的P－V曲线（1）不带负荷补偿的使用感应电机的风电厂（2）带全负荷补偿的使用感应电机的风电厂（3）带持续功率因数控制的使用双馈式感应发电机的风电厂4．并网研究的主要内容4．4对短路容量的影响带与不带风电厂时电力系统母线短路容量母线不带风电厂带风电厂额定输出715436.8515611.7364891.355510.1252555.682979.2141173.701645.1531141.311869.792873.871501.661582.661304.164．并网研究的主要内容4．5对系统暂态稳定性的影响在不同的拓扑结构中，风电厂并网对电网稳定性的影响是不同的，改善还是恶化系统的暂态稳定性取决于不同情况下的分析。风电厂并网容量（MW）故障临界切除时间（s）00.2151000.2182000.2213000.2233500.2254000.2234．并网研究的主要内容4．5对系统暂态稳定性的影响Redline:SynchronousGen红线表示同步电机Blueline:WindGenerator蓝线表示风力发电机基于双馈式感应发电机的风机系统功率摇摆特性要比同步电机的好。由于风机与电网曲线柔性拟合，所以风机的暂态稳定性要优于同步电机故障清楚时间低于临界切除时间时，系统稳定风电厂的投入和切除当风速达到额定风速时，风电厂从断电到投入输出200MW需要300s。风电厂从200MW运行到异常退出（可能的原因：风速比涡轮机的退出风速快或者风电厂的继电保护装置异常动作）4．并网研究的主要内容4．5对系统暂态稳定性的影响4．并网研究的主要内容4．5对系统暂态稳定性的影响纵轴为频率，单位Hz横轴为时间单位为s（1）风电厂投入（2）风电厂退出风电厂在尖峰负荷时退出和在轻负荷时投入是最严重的扰动，但并不会影响电网的安全性。风电厂投入和退出的频率曲线4．并网研究的主要内容4．5对系统暂态稳定性的影响（1）风电厂投入（2）风电厂退出上图纵坐标为输出功率下图纵坐标为输入功率横轴为时间，单位s省内传输线上的交换功率变化是由风电厂的接入或退出引起的省内交换功率曲线的交点是由风电厂的接入或退出决定的后面例子中电压的暂态不稳定是由于使用感应发电机或双馈式感应发电机的风机涡轮机速度过快引起的如何加强电压暂态稳定性？减小机械转矩增加有功功率输出来维持节点电压4．并网研究的主要内容4．6电压暂态稳定性分析4．并网研究的主要内容4．6电压暂态稳定性分析没有安装SVC补偿的感应发电机风电厂的输出是150MW1秒时发生3相短路故障，故障持续时间为0.1秒2秒时成功自动重合闸风机终端母线电压崩溃4．并网研究的主要内容4．6电压暂态稳定性分析POIofwindfarm风电厂公用母线StepupTransformer升压变压器Firinganglesignal触发角信号SVCcontroller：SVC控制器SVCSignalGenerator：SVC信号发生器SVC由并联电容器和晶闸管控制并联电抗器组成控制母线可以是公共母线或者一条中压母线。SVC结构以及控制器框图安装SVC来改善暂态电压稳定性4．并网研究的主要内容4．6电压暂态稳定性分析安装了SVC补偿的感应发电机风电厂的输出是150MW1秒时发生3相短路故障，故障持续时间为0.1秒2秒时成功自动重合闸SVC可以提供动态无功补偿没有发生风机过速。4．并网研究的主要内容4．6电压暂态稳定性分析风电厂的输出是300MW1秒时发生3相短路故障，故障持续时间为0.1秒没有转子换流器暂态电压控制和变浆距控制不平衡转矩存在风机（双馈式感应发电机）将发生过速。4．并网研究的主要内容4．6电压暂态稳定性分析风电厂的输出是300MW1秒时发生3相短路故障，故障持续时间为0.1秒使用转子换流器暂态电压控制和变浆距控制转子侧换流器控制可以提供动态无功功率补偿电压能够迅速恢复风机不会发生过速。5．中国风力发电导则风电厂接入电力系统技术规定（GB/Z19963-2005）2005年12月12日签署风电厂接入电力系统技术规定(stategriddevelopment[2006]779)9月15日签署以上均由中国电力科学研究院起草。5．中国风力发电导则范围文件中涉及的项目风电厂有功功率风电厂无功功率风电厂电压风电厂电压调节风电厂运行频率风电厂电能质量风电厂试验6．结论在中国，由于政府的鼓励，目前正式风力发电的迅速发展时期。在接下来的几年里，功率超过1000MW的工业规模的风力发电厂将会在江苏，吉林，河北，内蒙古以及其他省份中不断涌现出来。对风机并网的进一步研究迫在眉睫。大规模的风机并网是很多中国公司面临的巨大挑战，也是一个巨大的机遇谢谢！