（电气工程专业论文）蒙西电网接纳大型风电场能力研究.pdf

，。o嘶， 。，秒 声明尸明 1 1 1 11 1 11 1 11 111 1i ii ii il y 17 8 5 3 4 7 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文蒙西电网接纳大型风 电场能力研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师指导 下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致 谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：庄必j 虐2 日期： 趔烨盥纠曰 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 疫目毛2 燕j 导师签名： 卜 0尸 一 一 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 随着内蒙古自治区境内风电装机容量的日益增加，风电的大量接入对内蒙古网 的运行管理提出了更高的要求。本文基于内蒙古西部地区电网的电源和电网结构现 状及发展规划数据，深入研究蒙西地区风电场与内蒙古电网可能产生的相互影响， 对蒙西电网内大规模风电场接入电网的无功电压问题进行了研究，同时对考虑无功 补偿后风电场对系统稳定性的影响进行了分析评估，其目的在于分析接入蒙西电网 的较大规模风电场与电网的相互影响问题，并在综合考虑技术和经济因素的基础上 提出相应的解决措施，促进风电在蒙西电网的健康发展。 关键词：风电场，接纳能力，无功电压，稳定分析，风电运行特性 a b s t r a c t w i t hd a i l yi n c r e a s i n gi n s t a l l e dc a p a c i t yo fw i n de n e r g yi ni n n e rm o n g o l i a ，i th a sa h i g h e rs a f e t y d e m a n do nt h eo p e r a t i o nm a n a g e m e n to fl o c a l p o w e rs y s t e md u et o m a s s i v ew i n dp o w e ra c c e s s a c c o r d i n gt ot h ed a t ao fe l e c t r o n i cs o u r c e ，c u r r e n ts i m a t i o n a n dd e v e l o p m e n tp l a no fp o w e rs y s t e mi nw e s t e r ni n n e rm o n g o l i a ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e d t h ep o s s i b l ee f f e c to fa c c e s so fw i n dp o w e rs t a t i o n so nt h ep o w e rs y s t e mi ni n n e r m o n g o l i a ，e s p e c i a l l y , e f f e c to nt h el o c a lp o w e rs y s t e mi t s e l f i ts t u d i e dt h er e a c t i v e v o l t a g ep r o b l e mw h e nl a r g e s c a l ew i n dp o w e rs t a t i o na c c e s s e dt ot h el o c a lp o w e rs y s t e m a tt h em e a nt i m e ，c o n s i d e r i n gt h er e a c t i v ec o m p e n s a t i o n ，i ta n a l y z e da n de v a l u a t e d e f f e c to ns t a b i l i t ya n dp o w e rq u a l i t yw h e nw i n dp o w e rs t a t i o n sa c c e s st ot h ep o w e r s y s t e m i ta i m e dt oa n a l y z et h ei n t e r a c t i o no fa c c e s s e dl a r g ew i n dp o w e rs t a t i o n sa n d p o w e rs y s t e m i ti se x p e c t e dt op r o v i d ec o u n t e r m e a s u r e st os o l v er e l e v a n tp r o b l e m sb y c o n s i d e r i n gt h et e c h n i c a la n de c o n o m i cf a c t o r s ，i nt h eh o p eo fp r o m o t i n gt h es o u n d d e v e l o p m e n to fw i n de n e r g yi ni n n e rm o n g o l i a l ix i a o h u ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c h a n gx i a n r o n ga n d s e n i o re n gh o uy o u h u a k e yw o r d s ：w i n df a r m ，t h e a b i l i t y o fa c c o m m o d a t i o n ，r e a c t i v ep o w e r c o m p e n s a t i o n ，s t a b i l i t ya n a l y s i s ，t h ec h a r a c t e r i s t i co f w i n dp o w e ro p e r a t i o n 华北电力大学工程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 蒙西电网风电发展概况1 1 2 大规模风电接入对蒙西电网的影响l 1 3 国内外研究动态2 1 4 本文研究内容3 第二章蒙西电网风力发电的运行特点分析4 2 1 蒙西电网全年来风特点4 2 2 风电运行管理应由替代能源转变为常规能源7 2 3 内蒙古电网风电运行规律分析7 2 3 1 内蒙古电网风电负荷率分析8 2 3 2 内蒙古电网风电5 分钟和1 0 分钟出力变化概率统计9 2 3 3 内蒙古电网风电l 小时和3 小时出力变化概率统计9 2 3 4 内蒙古电网风电2 4 小时出力变化概率统计1 0 2 3 5 内蒙古电网风电反调峰概率统计1 2 2 3 6 网内风电月度平均出力统计分析1 3 2 3 7 风电对系统电压的影响1 4 2 3 8 风电对系统稳定的影响1 5 第三章蒙西电网2 0 1 0 年接纳风力发电能力研究1 6 3 1 蒙西电网2 0 1 0 年发展情况1 6 3 2 蒙西电网2 0 1 0 年负荷预测1 6 3 3 蒙西电网2 0 1 0 年风电规划情况及可能的接入方案1 7 3 4 主要地区风电接入后的系统潮流和无功电压分析1 7 3 4 1 包头市1 7 3 4 2 巴彦淖尔市1 9 3 4 2 1乌拉特中旗风能区2 0 3 4 2 2 乌拉特后旗风能区2 4 3 4 3 乌兰察布市2 6 3 4 3 1四子王旗风能区2 7 华北电力大学工程硕士学位论文目录 3 4 3 2 商都风能区和化德县风能区2 7 9 3 4 4 锡林郭勒盟3 2 3 4 4 1 锡林浩特风能区3 2 3 4 4 2 兰自太旗风能区和西苏、黄旗风能区3 6 3 4 5 所有规划风能区联合运行3 8 3 4 6 系统潮流和无功电压分析小结3 9 3 5 蒙西电网调峰能力对风电接入容量的影响4 0 3 5 12 0 1 0 年蒙西电网负荷特性4 0 3 5 2 2 0 1 0 年蒙西电网调峰能力分析4 0 3 5 3 蒙西电网典型方式下的调峰能力分析4 2 3 5 4 风电调度模式的探讨4 2 第四章2 0 1 0 年蒙西电网接纳风力发电能力研究结果4 4 4 。l 2 q l o 年方式下研究结暴一一一，4 4 一 4 1 1 系统潮流和无功电压分析结果4 4 4 1 2 蒙西电网调峰能力对风电接入容量影响分析结果4 6 4 2 现阶段内蒙古电网对风电大规模入网的解决思路4 6 第五章结论4 8 参考文献4 9 致谢5 2 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 3 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 蒙西电网风电发展概况 第一章引言 内蒙古电网由内蒙古自治区直属的内蒙古电力( 集团) 有限责任公司经营管理， 供电区域为内蒙古自治区中西部六市二盟( 以下简称蒙西电网) ，面积7 2 5 6 万平方 公里，人口1 2 3 0 万( 东部四盟市0 9 年6 月已整体划归国家电网管理) 。现已形成 覆盖供电区域内八个盟市的5 0 0 千伏主网架，并通过两个通道共四回5 0 0 干伏线路 向华北电网送电。截至2 0 0 9 年9 月底，内蒙古电网已投运5 0 0 千伏变电站1 4 座， 变电容量1 5 7 5 万千伏安，线路长度3 0 5 5 公里。全网统调发电装机3 1 0 8 万千瓦， 其中：火电2 7 2 9 1 万千瓦；风电3 2 2 8 万千瓦：水电5 4 万千瓦【l 。3 】。 内蒙古自治区地域辽阔，风能资源丰富。全区风能技术可开发容量超过1 5 亿千 瓦，占全国陆地风能资源储量的4 0 以上，居全国首位。可开发的大型风电场主要 分布在巴彦淖尔市、包头市、乌兰察布市、锡林郭勒盟等地区。平均风速5 6 。5 m s ， 适合开发建设百万千瓦级风电基地。这些地区邻近华北电网、东北电网和西北电网 的负荷中心，是国家落实可再生能源发展规划目标、开发建设百万及千万千瓦级风 电基地的重要地区之一，被国家确定为“风电三峡”基地。 可再生能源法颁布后，在国家鼓励风电发展政策的指导下，内蒙古地区风电建设步 伐明显加快。2 0 0 8 年底，全区风电装机总容量达到3 2 1 万千瓦( 含东部四盟市) 。2 0 0 8 年，全区风电发电量3 7 4 亿千瓦时，同比增长1 6 0 8 ，风电设备平均利用小时达2 6 7 8 小时，达到了全国乃至世界的领先水平。截至2 0 0 9 年9 月底，蒙西电网内已接入风电 装机容量3 2 3 万千瓦，占电网最高发电负荷的1 9 、最高供电负荷的2 l ，风电发电 量3 5 9 亿千瓦时，同比增长2 8 2 7 ，风电设备平均利用小时已达1 6 8 1 小时。预计到 2 0 0 9 年底，蒙西电网已投运和要求并网运行的风电容量可达4 0 0 万千瓦。至2 0 1 0 年， 蒙西电网的风电规划装机容量将达到5 i o o m w ，蒙西电网风电发电量比例已超过国家 可再生能源中长期发展规划中要求的2 0 1 0 、2 0 2 0 年目标【4 ，5 】。 1 2 大规模风电接入对蒙西电网的影响 由于风电功率的间歇性和随机性，大规模风电接入地区电网后，将对地区电网 的网架结构设计、运行调度方式、无功补偿措施以及电网调峰容量造成越来越明显 的影响【6 】。风电场并网运行对系统潮流的影响，主要取决于风电场所使用的机组类 型、场内机组的布置及风速。相同机组类型、相同装机容量的风电场，其接入位置 不同，对系统潮流的影响也存在差异。此外，如果地区电网中规划建设多个风电场， 华北电力大学工程硕士学位论文 那么这些风电场的运行状态也会相互影响，系统潮流也将与独立讨论单个风电场时 具有明显差别。除影响输电线路的传输容量外，风电场并网运行还将引起系统无功 的变化，进而影响系统电压2 1 。由于大型风电场大部分在地域辽阔、人1 2 1 稀少的 经济欠发达地区，并处在电网的末端。规划的风电项目呈快速、大规模、大容量发 展，同时由于风电项目受到国际和国内的风机制造产能的制约，以及国家政策和企 业投资能力的影响，使得风电项目投产存在不确定性，风电项目接入电网规模和容 量的不确定性，使得电网的潮流分布也存在很大的不确定性，对电网的安全运行提 出了更高的要求和挑战。另外针对蒙西电网实际情况，还存在以下几方面问题： 1 电网发展滞后：内蒙古电网的风电主要在人口稀少的偏远地区，电网结构薄 弱，输电设备与风电场建设不衔接。 2 电网调峰能力差：截止到2 0 0 9 年1 0 月底，全网装机容量超过3 2 0 0 万千瓦， 其中供热机组1 2 0 0 万千瓦，地区负荷加东送电力合计约1 5 0 0 万千瓦，电力严重过 剩，调峰能力不足，这种矛盾在冬季尤为突出。 3 风场建设缺乏统一规划：人为进行条款分割，重复建设输变电工程，浪费加 大，也导致点网接入点资源紧张。 4 风电机组质量问题严重：风机制造业盲目上马，许多尚未成熟产品进入市场， 导致在调试运行过程中故障频发。 、 5 税收改制引发的问题：税制改革后，对地方财政影响较大，严重挫伤地方办 风电的积极性。 6 环境影响问题：风电场投入，将改变局部地区的环境，并导致鸟类无法落脚， 鼠虫害日趋严重。 为能了解风电的影响，本文在2 0 1 0 年水平年方式下通过计算，对应规模风电场接 入后对蒙西电网的影响进行分析。基于蒙西电网现状及发展规划数据，大型风电场与蒙 西电网可能产生的相互影响，促进风电在蒙西电网健康发展。 1 3 国内外研究动态 国内外专家学者已对风力发电技术及风电接入对电力系统的影响开展了广泛而深 入的研究。文献 1 3 1 8 】阐述了风电接入后风电场与电力系统的相互影响；文献 1 9 2 2 】 研究了评价风电场运行情况、可靠性及确定风电最大注入功率的方法；文献 2 3 2 6 1 包含 风电场的电力系统稳态及暂态仿真分析方法进行了研究；文献 2 7 ，2 9 介绍了国内外风电 机组动态模型，尤其是基于双馈感应电机( d o u b l y f e c t i o ng e n e r a t o r ，d f i g ) 的变速风电机 组模型。文献【3 0 】通过对基于双馈感应电机的风电机组进行动态建模以及对包含风电场 的电力系统进行仿真计算，研究了风电接入对电网电压及输电线路传输功率的影响、风 电场的短路电流贡献及其对电网短路容量的影响和风电接入后电网暂态稳定性的变化。 华北电力大学工程硕士学位论文 研究结果表明大规模的风电接入可能会使电网出现线路传输功率越限、短路容量增加及 电力系统稳定性发生变化等问题。文献 3 1 将风电场最大注入功率问题转化为在一定的 安全约束条件下的风电功率注入最大化的求解。这种方法在确定风电注入功率极限的同 时，还可以给出电力系统内其他常规机组的最优运行调度方案。但是没有考虑风力发电 厂并网运行的有关动态约束。文献1 3 2 1 采用频率约束法，其基本原则是考虑到风电不稳 定性的同时兼顾整个电网的安全性和经济性，这种稳态频率的分析方法与电网的结构没 有关系，而只与电网的负荷水平、电源性质及组成有关。频率约束法分析方法对于风电 场接入较小的电网时是必要的。 1 4 本文研究内容 根据内蒙古电网2 0 1 0 年电网和电源建设规划情况、电网负荷情况以及风电机 组和电网运行要求，针对内蒙古中西部地区拟接入内蒙古电网的风电项目并网情 况，对2 0 1 0 年这个水平年大规模风电场接入蒙西电网进行了潮流计算，对风电场 无功补偿以及风电场运行对电网产生的影响进行了研究，蒙西电网内大规模的风电 并网运行将对电网的电压水平带来较大影响，需要根据风电机组并网时间及风电机 组类型，在风电场内采取一系列的无功补偿措施来确保电网电压水平和风电的安全 送出。 ( 1 ) 说明论文计算的基本依据和相关条件，包括研究水平年的确定、水平年 电源规划及电网结构、水平年负荷水平预测等。， ： ( 2 ) 风电场并网运行对系统稳态特性的影响分析。分析风电场并网运行对系 统线路功率和节点电压水平的影响；分析风电场无功变化范围对系统无功电压调节 方式和无功电源的影响和措施；根据初步确定的接入电网方案，给出蒙西电网合理 的风电装机容量范围；根据计算结果初步确定各区域规划风电可能的合理并网方 案。 ( 3 ) 蒙西电网风力发电对电网调峰的影响分析。在了解蒙西电网调度运行方 式的基础上，根据蒙西电网的装机构成、负荷特性和机组调峰能力，分析风电发展 规划对系统运行方式安排的影响。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章蒙西电网风力发电的运行特点分析 2 1 蒙西电网全年来风特点 风电的特点是“以风定电”，类似于“以水定电”，差异只是无法向水那样进行调 节。因此，对风进行研究，是我们了解风电的重点之一。内蒙古电网供电范围为内 蒙古高原的中南部，风电主要位于草原地带和与华北平原交接的山地，是典型的大 陆型季风气候区。根据调通中心与气象部门的合作和了解，内蒙古自治区风的主要 特点是：每年1 0 月到第二年4 月底，主要受西伯利亚和贝加尔湖冷空气影响，每 1 0 一1 5 天有一次冷空气的活动过程，具体见下图： t 古 电辅童电却鳃f f & - j o 图2 11 0 月1 5 日内蒙古电网全网风电发电曲线 内馥古风电埚发电曲线t 兆 ： 图2 2l o 月1 6 日内蒙古电网全网风电发电曲线 4 黜裂黜黜黜粼蠹兰翟搿黜嬲勰黜潞搿| 裟猖勰器器器翟器怒镭魏榴勰灌器器盈蛳 222222jj，j， 华北电力大学工程硕士学位论文 内洁胄h 场发l h 曲绒d e 瓦， 图2 - 3l o 月1 7 日内蒙古电网全网风电发电曲线 2 0 0 9 年l o 月t 8 日 内麓i j 风l 三场发电曲线兆虻 图2 - 4 1 0 月1 8 日内蒙古电网全网风电发电曲线 ( 1 0 月1 6 1 9 日的冷空气活动持续约为4 天，期间风电出力较大，出力将超过 装机容量的4 0 一7 0 ；l o 月31 日一1 1 月6 日的超强冷空气持续时间达到一周) ； 风电在两个冷空气活动过程之间运行比较平稳，出力基本上在风电装机容量的2 0 6 0 之间。每年5 月到9 月，由于东南季风的作用，整个内蒙古地区风速较小， 风电的发电量较低，但在冷暖空气的迎峰面，将形成较强的对流天气，在此范围内 的风电出力较大，但持续时间较短，具体见下图： 5 “ ，、 。 ，tj 。 、， 、 j r 1一 2 0 0 9 年6 月1 8 日 内簸吉风电场发电曲线 兆瓦， - ，oj 、 l ”、 l v 、 ， 、 、，、 v 2 0 0 9 年6 月1 9 日 图2 5 6 月1 8 日内蒙古电网全网风电发电曲线 内麓古风电场发电曲线 兆瓦 、 ，7、 ，、 r、 一 、 ，a ，、y 一 、 ，、 - 、 一 r l 7 、，v ink iu 、， 、， 、 一_ 妒 p 秽夕p 夕夕p 夕夕妒，、p 芦，矿夕， 图2 - 6 6 月1 9 日内蒙古电网全网风电发电曲线 6 漱l；l麓潍潞甓嚣臻l|l|篓辩 撼嚣勰臻鬻懑爨鬈塞嚣器 华北电力大学工程硕士学位论文 内癣占风电场发电曲线t 兆瓦 t 毋p 毋p 毋i 。妒毋萨萨 图2 76 月2 0 日内蒙古电网全网风电发电曲线 ( 此为6 月1 8 2 0 日风电全网出力曲线，展现了冷暖空气交锋过程中风电的出力 特性) ；每年7 、8 月份，是风电全年出力最低的时段，一般出力在全网容量的2 0 以下。 通过多年度风电功率极值点分析，可以得出，在风电大规模接入电网后，针对单个风场， 风电出力可在o 一1 0 0 之间考虑，但大规模风电入网及分布在广泛的区域上，即使无风 天，将产生风电的集聚效应，最大出力将趋于稳定，最低出力也不是零。j ： 2 2 风电运行管理应由替代能源转变为常规能源 。 根据国家新能源规划，内蒙古西部电网将在2 0 2 0 年接入3 0 0 0 万千瓦的风电， 考虑现有火电和水电的装机容量，届时风电装机容量将占全网装机容量的一半，己 从替代能源转变为常规能源，是名副其实的主力电源，因此必须按照常规能源的调 度思路解决风电的运行管理问题。 现代电力系统是建立在预测和控制的基础上，包括我们的分析计算，也是建立 在此基础上的，因此内蒙古电网对待风电入网的切入点也是从预测起步，实现风电 的控制，最终实现全网水、火、风电的联合优化运行，由现阶段的安全调度转变为 安全基础上的低碳调度。从2 0 0 7 年开始，内蒙古电力公司已陆续下发了风电场 安全性评价标准、风电场风机信息接入要求、风电场无功管理要求、风电场 风机控制系统接入电网标准、风电场功率预测系统建设及数据上报要求等文件， 也是围绕风电的预测和控制开展工作的。 2 3 内蒙古电网风电运行规律分析 内蒙古电力公司由于面对风电的迅猛接入，从电网运行管理的实际出发，采用统计 分析的方法，对风电的运行特点进行了统计分析。通过调通中心e m s 系统统计的近两年 7 i 。华北电力大学工程硕士学位论文 网内风电运行数据，对全网风电发电情况和规律进行统计分析。数据范围为2 0 0 8 年1 月1 1 日0 0 ：0 0 至2 0 0 9 年1 0 月3 1 日2 4 ：0 0 ，总有效数据1 8 9 4 8 9 个( 包括替换1 5 3 个跃 交数据) ，期间缺少1 5 个数据( 未采集到) ，具体情况如下： 2 3 1 内蒙古电网风电负荷率分析 根据网内风电总出力数据进行统计分析( 2 0 0 8 1 1 1 - - 2 0 0 9 1 0 3 1 ) ，如下图所示， 全网风电负荷率概率特性为：全网风电总出力低于额定功率的1 0 的累计概率为 18 9 ；风电总出力在额定功率1 0 一5 0 的概率为7 4 9 ，而出力超过额定功率7 0 的概率仅为1 5 4 。 图2 8内蒙古电网全网风电负荷率概率统计 根据全网风电总出力数据进行统计分析( 2 0 0 8 1 1 1 - - 2 0 0 9 1 0 3 1 ) ，全网风电每 日最大出力占装机容量2 0 5 0 的概率为6 2 5 4 ，每日最大出力超过装机容量 5 0 的概率为2 3 7 5 。全网最小出力低于装机容量4 0 的概率达到9 7 6 6 。 图2 - 9内蒙古电网全网风电每日最大出力概率统计 华北电力大学工程硕士学位论文 概率( 5 0 4 0 3 0 图2 1 0 内蒙古电网全网风电每日最小出力概率统计 2 3 2 内蒙古电网风电5 分钟和1 0 分钟出力变化概率统计 根据全网风电总出力数据进行全网风电总出力5 分钟和1 0 分钟基准变化率( 出 力变化量占总装机容量的百分比) 概率统计。如图所示，5 分钟基准变化率小于1 的概率为8 7 3 9 ，5 分钟基准变化率大于5 的概率仅为0 5 7 。1 0 分钟基准变化 率小于1 的概率为7 3 7 5 ，而1 0 分钟基准变化率大于5 的概率为1 2 6 。全网 风电总出力变化在5 分钟或1 0 分钟内相对较小。但是5 分钟和1 0 分钟基准变化率 大于5 情况一经出现，就会给电网电力平衡和东送电力a c e 调整造成极大困难。 图2 1 l全网风电总出力5 分钟变化率概率统计 图2 1 2全网风电总出力l o 分钟变化率概率统计 2 3 3 内蒙古电网风电1 小时和3 小时出力变化概率统计 根据全网风电总出力数据进行全网风电总出力l 小时和3 小时基准变化率概率 统计( 2 0 0 9 1 1 - - 2 0 0 9 1 0 3 1 ) 。如图所示，1 小时基准变化率在1 一5 的概率为 9 客 。己 华北电力大学工程硕士学位论文 5 3 9 8 ，1 小时基准变化率大于1 0 的概率为3 2 1 ，大于3 0 的概率仅为o 1 6 。 3 小时基准变化率在1 - 5 的概率为4 3 7 6 ，3 小时基准变化率大于1 0 的概率为 l5 2 6 ，大于3 0 的概率为o 8 5 。 图2 1 3 全网风电总出力l 小时变化率概率统计 图2 1 4全网风电总出力3 小时变化率概率统计 2 3 。4 内蒙古电网风电2 4 小时出力变化概率统计 下图为全网风电总出力2 4 小时变化率概率统计，可以看出，2 4 小时全网风电 总出力变化低于装机容量2 0 的概率为8 3 0 7 ，高于装机容量3 0 的概率为5 6 3 。 图2 1 5全网风电总出力2 4 小时变化率概率统计 l o 华北电力大学工程硕士学位论文 由2 0 0 9 年全网风电每日最大出力曲线可以看出：全网风电出力最大值波动比 较大，最高己突破2 2 0 0 m w ，最小仅8 7 m w ，两日间出力最大值变化最大能达到装 机容量的4 8 5 7 。3 月1 0 日全网风电最大出力为2 4 4 m w ，次日全网风电最大出力 为1 0 9 4 m w ，上升8 5 0 m w ，基准变化率4 8 5 7 。9 月2 2 日全网风电最大出力为 1 7 2 9 m w ，次日全网风电最大出力为6 9 5 m w ，下降1 0 3 4 m w ，基准变化率为3 2 3 4 。 必须安排火电机组启停，配合风电机组以平衡供电负荷。 由2 0 0 9 年全网风电每日最大出力占装机容量百分比曲线可以看出：全网风电 每日最大出力占装机容量的比例在春秋两季相对较高，在夏季7 、8 月份相对较低。 图2 1 6每日全网风电最大出力曲线 图2 1 7全网风电每日最大出力占装机容量百分比曲线 华北电力大学工程硕士学位论文 如图所示，全网风电出力峰谷差在装机容量1 0 4 0 之间的概率为8 0 6 ，超 过装机容量4 0 的概率高达1 4 7 2 。 图2 1 8 全网风电每日峰谷差概率统计 下图为2 0 0 9 年5 月1 8 日全网风电总出力变化曲线。风电总出力由凌晨0 ：4 0 的 1 1 9 1 m w 降到晚高峰2 0 ：3 0 时刻的2 9 5 m w ，峰谷差达到8 9 6 m w 。 图2 1 95 月1 8 日全网风电总出力变化曲线 由以上2 4 小时出力变化概率统计分析可知，如果没有准确风电功率预测作为辅助， 制定合理的水火电机组开机方式，进行全网电力负荷的平衡是困难的。 2 3 5 内蒙古电网风电反调峰概率统计 选取每日0 5 ：0 0 ：0 0 时刻和1 9 ：0 0 ：0 0 时刻全网风电出力d m i s 数据进行分析，可 得出：风电场反调峰概率为4 2 4 7 ，正调峰概率为5 7 6 3 ，说明抽水蓄能电站在 风电调峰过程中的作用有限。 下图为2 0 0 8 年2 月- - 2 0 0 9 年1 0 月全网风电反调峰概率统计： 1 2 一一 兰j ! 皇垄奎堂三堡堡主堂垡笙奎 _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ i 一一 图2 - 2 0全网风电逆调峰概率统计 根据内蒙古电网2 0 0 9 年上半年风电出力数据统计分析，风电总出力概率特性 为：全网风电出力低予额定功率1 0 的概率为1 5 5 5 ；出力为额定功率2 0 一3 0 的概率大约为5 3 2 7 ，而出力超过额定功率8 0 的概率为0 4 4 ，如下图所示： 上述数据的分析研究，对电网规划和风电入网的容量分析及经济分析是有益的。 2 3 6 网内风电月度平均出力统计分析 对e m s 系统中全网风电5 分钟出力数据进行统计分析( 2 0 0 8 2 2 0 0 9 7 ) ，可 以看出：各月全网风电平均出力与装机容量比，均在1 6 3 7 之间，与风力分布 的全年情况相符。 风电出力月度平均值 鬣露罐鳝国驻鳓貔鳍馥虢龋臻螭鲢撼麓弱翰黜戮黝鬃鬟蘸纛嚣霸 0 8 年2 月 5 3 1 1 3 1 9 9 3 l 0 2 8 3 月 5 4 6 9 6 2 4 0 5 6 0 3 0 华北电力大学工程硕士学位论文 4 月 5 0 7 4 22 0 7 1 3o 2 4 5 月 5 6 4 4 52 3 0 2 3o 2 4 6 月6 0 9 2 11 7 8 7 8o 1 7 7 月5 5 3 4 6 2 2 0 9 3o 2 0 8 月 7 2 6 1 02 4 4 9 8o 2 1 9 月5 9 1 0 52 0 6 2 5o 1 6 l o 月8 1 1 6 53 4 9 8 60 2 3 l1 月9 6 8 1 2 5 2 0 6 80 3 3 1 2 月 1 0 6 6 7 95 5 3 0 00 3 7 0 9 年1 月 9 1 2 3 43 6 8 9 4o 3 0 2 月 1 2 2 2 9 84 2 4 5 40 2 9 3 月 1 3 1 2 7 34 8 7 4 4o 2 8 4 月 1 1 9 4 3 44 7 4 2 lo 2 6 5 月1 2 7 2 1 26 0 2 9 7o 3 0 6 月 1 6 5 6 9 45 7 9 4 6o 2 5 7 月 1 0 9 9 5 23 8 6 1 20 1 6 图2 2 2全网风电出力平均值曲线 由以上月度风电出力平均值曲线可以看出，与概率统计分析结果相同。 2 3 7 风电对系统电压的影响 由于内蒙吉电网风电主要以2 2 0 k v 接入，当风电小出力运行期间，2 2 0 k v 线路 轻载运行，充电功率较大导致系统电压偏高；风电大出力运行期间，无功损耗增加 导致风电场和风电场接入点2 2 0 k v 电压又有较大幅度下降。说明风电大量并网导致 风电并网点电压峰谷差进一步加大，增加了电网调压难度。 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 内蒙古电网2 0 0 9 年度潮流电压分析表明，考虑系统约4 5 0 0 m w 的风电容量后，在 风电出力为5 0 额定值水平下，系统电压尚能满足运行要求；当风电出力达到8 0 额定 值水平时，在进行了1 2 0 0 m v a r ( 约为风电容量3 0 ) 额外容性无功补偿的情况下，系统电 压水平仍然很低，还需进行大量的容性补偿方能满足运行要求，如果风电场不能做到无 功动态调节，则可能引起系统电压崩溃。 2 3 8 风电对系统稳定的影响 风电机组的集中接入，将对电网动态稳定特性产生较大影响，主要体现在：风 电机组小负荷情况下，有利于系统的稳定；风电场大开机且大出力将降低系统的稳 定水平，在电网发生故障的情况下，会出现暂态电压持续跌落最后发生电压崩溃的 现象，这种现象在风电场升压站和风电并网点最为严重，如果同时伴随大范围的潮 流转移则会引起与风电场电气距离较近的火电机组功角失去稳定。为保证故障后系 统电压稳定，需要对风电场的出力进行相应的控制；由于大量风电并网导致风电场 所在地区同步发电机组功角稳定水平下降，部分地区风电场附近火电机组的出力水 平较风电接入前下降。 基于以上统计数据，我们可以得出以下结论：风电出力基本上在装机容量的 2 0 6 0 之间运行，对电网规划和经济比较具有指导作用；单位时段的功率变化会 随着装机容量的增加而变缓，全网总出力曲线说明变化的连续性较好，而单个风电 场功率曲线变化较大，形成鲜明对比；对于波动较大的时段，超出电网调整范围， 必须进行必要的控制；对于风电大规模入网后，对系统的电压调整、电压稳定、动 态稳定影响较大，需要给予足够的重视。 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章蒙西电网2 0 1 0 年接纳风力发电能力研究 3 1 蒙西电网2 0 10 年发展情况 本文根据内蒙古电网“十一五”发展规划报告以及内蒙古电网2 0 0 9 年度运 行方式针对2 0 1 0 年这个水平年进行研究。 2 0 l o 年，蒙西电网将拥有5 0 0 k v 变电站1 7 座，形成完整的“三横四纵”的5 0 0 k v 网架结构。( 三横是指临河德岭山包北旗下营汗海、响沙湾永圣域丰 泉、乌海布日都宁格尔，四纵是指丰泉汗海、宁格尔永圣域旗下营、布 日都响沙湾高新包北、乌海千里山临河) 。各供电区之间形成5 0 0 k v 双 回路联络，打开各地区之间5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网，主要负荷中心形成以5 0 0 k v 电网 为支撑、2 2 0 k v 电网分区供电的网络。满足了主要供电区域之间潮流交换和由西至 东汇集电力送出的需要。2 0 1 0 年蒙西电网的风电总规划装机容量将达到5 1 0 0 m w 。 吉兰太乌海 布日都宁格尔 图3 12 0 1 0 年蒙西电网5 0 0 k v 主网架示意图 3 2 蒙西电网2 0 10 年负荷预测 在蒙西电网用电结构中，高载能用电比重相当大，受宏观经济形势和国家调控政策 影响，自治区经济增长速度放缓和用电需求下降，2 0 1 0 年内蒙古电网供需形势全年仍为 供大于求局面。“十一五”后三年，蒙西电网新增负荷仍将主要是利用小时数比较高的工 业负荷，负荷特性变化不大。受全区高耗能、化工、煤炭开采等项目的影响，负荷曲线 逐渐趋于平缓，峰谷差不会太大。蒙西地区负荷预测结果显示，2 0 1 0 年蒙西电网最高 1 6 华北电力大学工程硕士学位论文 供电负荷1 2 5 0 0 m w ( 不含东送电力) ，出现在四季度，年售电量1 2 0 0 亿k w h ，外送电 力容量仍为3 9 0 0 m w 。 3 3 蒙西电网2 0 1 0 年风电规划情况及可能的接入方案 根据蒙西电网的风电发展规划，2 0 1 0 年将有总装机容量约5 1 0 0 m w 的风电并 入电网。各风能区的具体规划情况如表3 1 所示。 表3 - 12 0 1 0 年蒙西电网风能区建设规划表 序 盟市 规划风能区 规划装 可能的接入站点 距离 号机( m w ) ( k m ) 达茂旗风能区 2 0 0 红塔2 2 0 2 5 l 包头市 白云风能区 7 0 0 望海2 2 0 站 1 5 - 3 0 乌拉特中旗风能区 1 2 0 0 文更2 2 0 、德岭山5 0 0 4 0 9 0 2 巴彦淖尔市 乌拉特后旗风能区 2 0 0 获各崎2 2 0 、布拉格2 2 0 2 5 4 0 四子王旗风能区6 0 0杜尔博特2 2 01 2 2 5 3 鸟兰察布市商都风能区 3 0 0 旗台2 2 0 1 5 化德县风能区 2 0 0 兴广2 2 01 5 2 5 锡林浩特风能区 1 0 0 0 灰腾梁2 2 0 2 0 4 锡林郭勒盟兰、白、太旗风能区 2 0 0 明安图、元上都 2 0 - - 3 5 两苏、黄旗风能区 3 0 0 温都尔、兴广 1 5 2 0 3 4 主要地区风电接入后的系统潮流和无功电压分析 3 4 1包头市 “十一五”期间，包头市规划的风电主要位于达茂旗风能区和白云风能区。2 0 1 0 年达茂旗风能区的风电规划容量为2 0 0 m w ，距该风能区最近的变电站是红塔2 2 0 k v 变，距离约为2 5 k m ；白云风能区2 0 1 0 年的风电规划容量为7 0 0 m w ，距该风能区 最近的变电站是望海2 2 0 k v 变，距离约为2 5 k m 。图3 2 给出了2 0 1 0 年达茂旗风能 区和白云风能区附近的电网结构以及风电接入方案。 1 7 华北电力大学工程硕士学位论文 望海俄 2 2 0 k v 变鬯 习(700mw)场曰(200mw电)lgj-2x2 4 0 场 l a ：人等 9 红塔 2 2 0 k v 变 貅岫5 0 0 w 变磊形死弋擘 图3 2 2 0 1 0 年包头地区部分电网结构和风电接入方案示意图 考虑到望海红塔线和红塔固北线的传输容量不能满足包头地区风电接入， 在本节计算中，假定这两条线路扩建为双回线。为研究达茂旗风能区和自云风能区 对地区电网最严重的影响，达茂旗风能区和白云风能区的出力变化按相同来考虑。 图3 3 给出了电网中相关母线电压随包头地区风电出力变化的曲线，图3 4 给 出了邻近常规电源的无功出力随风电出力变化的关系曲线。 通过图3 3 可以看出，无论在冬大还是冬小方式下，各相关母线电压随风电出 力变化都呈先升高后降低的趋势，旦全部都在合理的运行范围之内。 ( 1 ) 冬大方式 甏 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 2 ) 冬小方式 图3 3 节点电压随包头地区风电总出力变化的关系曲线 ( 1 ) 冬大方式 ( 2 ) 冬小方式 图3 - 4 常规电源无功出力随风电出力变化的关系曲线 由图3 4 可以看出，随着风电出力的增加，邻近常规电源的无功出力都是先略有下 降后大幅增加。冬大方式下，包二撑1 机组的无功变化幅度约为2 0 m v a r ，包二扩拌3 机组 的无功变化幅度约为4 0 m v a r ；冬小方式下，包二拌1 机组的无功变化幅度约为2 0 m v a r ， 包一撑3 机组的无功变化幅度约为1 5 m v a r 。 3 4 2 巴彦淖尔市 “十一五，期间巴彦淖尔市的规划风电主要位于乌拉特中旗风能区和乌拉特后旗 风能区。2 0 1 0 年乌拉特中旗风能区的风电规划容量为1 2 0 0 m w ，可能的接入点有文 更2 2 0 k v 变电站和德岭山5 0 0 k v 变电站；乌拉特后旗风能区在2 0 1 0 年的风电规划 容量为2 0 0 m w ，可能的接入点有获各琦2 2 0 k v 变电站和布拉格2 2 0 k v 变电站。图 3 5 给出了2 0 1 0 年乌拉特中旗风能区和乌拉特后旗风能区附近的电网结构图。 1 9 图3 5 巴彦淖尔风电场附近电网结构图 3 4 2 1 乌拉特中旗风能区 乌拉特中旗风能区1 2 0 0 m w 风电可能的送出方案有：( 1 ) 通过2 2 0 k v 电压等 级接入文更变：( 2 ) 通过2 2 0 k v 电压等级接入德岭山变；( 3 ) 通过5 0 0 k v 电压等级 接入德岭山变。 ( 1 ) 方案l 接入能力分析。 乌拉特中旗风能区的风电通过2 2 0 k v 电压等级接入文更变，线路长度约5 0 k m 。 在这种接入方式下，现有的文更德岭山2 2 0 k v 单回线路不具备全部输送1 2 0 0 m w 风电功率的能力。因此，在进行电网电压分析时假定文更德岭山线扩建为4 回以 满足功率传输的需求。图3 6 给出了电网中相关母线电压随乌拉特中旗风能区出力 变化的曲线。 ( 1 ) 冬大方式 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 2 ) 冬小方式 图3 - 6 乌拉特中旗风电接入文更变时的节点电压变化曲线 通过图3 - 6 可见，乌拉特中旗风能区的接入对文更2 2 0 k v 变电站和德岭山5 0 0 k v 变电站电压的影响最为明显。在冬大方式下，5 0 0 k v 母线电压变化幅度约为0 0 4 p u ， 2 2 0 k v 母线电压变化幅度约为o 0 6 p u ，虽然变动较大但各母线电压都在正常的范围 之内；在冬小方式下，5 0 0 k v 母线电压变化幅度约为0 0 4 p u ，2 2 0 k v 母线电压变化 幅度约为0 0 9 p u ，风电出力大于1 1 5 5 m w 时文更2 2 0 k v 母线电压低于0 9 7 p u 。 根据这种情况，需要在乌拉特中旗风能区加装1 6 0 m v a r 的容性无功补偿装置。 冬小方式下采用无