未来的电力系统—第2讲分散式能源发电接入电力系统的科学技术问题

1、分散式能源发电接入电力系统的科学技术问题未来的电力系统第2讲目 录一、分散式能源发电现状与趋势二、分散式能源及其发电的特点三、接入电网产生的新科学与技术问题四、应当开展的研究五、结论一、国内外研究现状和趋势国外微型分布式电力系统接入方案220V380V220V10kV10kV主系统10kV我国集团式风力发电场接入方案分散式电源区负荷区500kV330kV220kV110kV酒嘉地区风电接入示意图国内外分布式能源发电技术研究分类二、分散式能源及其发电的特点（1）1、分布式能源的特点： 能源分布的地理特性：不适易人群居住的地方能源越丰富；能量大小的随机性：在零与最大能量间变化，不会根据人类的需要改

2、变，不可控制。能量的不可储存性：不像储煤场、水库和核反应堆那样可以大容量储存一次能源，风能、太阳能目前尚无大容量的储存方法。二、分散式能源及其发电的特点（2）能量的低密度性：年风速大于等于3m/s的小时数在5000小时以上，其有效风能密度大于才等于200W/m2。 不可运输性：风能、太阳能和海洋能等是不能运输的，生物质能由于其能量密度太低其运输成本也是巨大的。以上特点与石化能、核能等能量密度高、可存储、易运输、可控制使用等特点有极大差别。二、分散式能源及其发电的特点（3）2、分布式能源电力的特点：电厂不在负荷中心：在一次能源丰富的地方。单机容量小： 风力发电单机5MW以下。发电功率大小的随机性

3、：尽可能利用装机出力，随一次能量随机变化。接入电网终端点：由于容量小、位于偏远地区，接入配电网。二、分散式能源及其发电的特点（4）内蒙古风力发电出力曲线三、接入电网产生的新科学与技术问题（1）电能的基本特性：发、输、用三者实时平衡。负荷需求特性：完全取决于人们的生产、社会活动规律本身。某供电区域日负荷曲线。 三、接入电网产生的新科学与技术问题（2）电量、电力需求与一次能源的平衡：电力系统依据中长期负荷预测，以充分满足电能量、电功率供给为目标。根据一次能源分布地点和负荷地点，电源建设容量适度超前负荷发展，经过技术经济比较，电厂建在一次能源地或者运输一次能源到电能需要地附近。发电厂装机容量在几十万

4、千瓦至几百万千瓦，直接送入超高压输电网，网架结构相对坚强。机组旁建有至少供7天以上使用的能量储存库，机组由一次能源转换为电能的大小、时刻均快速可控，以满足负荷变化对发电功率、发电能量平衡的需要。三、接入电网产生的新科学与技术问题（3）电网输送能力与用电功率需求的平衡：电网的建设目标是保证在正常运行条件和常见故障下，电网的传输能力满足负荷点用电需要。多个大容量发电厂接入高压输电网，其潮流根据负荷需要是方向可调、大小可控的，远距离大功率传输电能。中、低压配电网向负荷点分配电能，潮流一般是单方向、随负荷大小变化的，不可控或不控的。三、接入电网产生的新科学与技术问题（4）电功率的实时平衡：提前预测各点

5、负荷、各区负荷、全网负荷。提前安排各发电厂开机方式，实时控制发电出力。校验安排和实时控制各输电线潮流。安排配电网供电方式。负荷的轻微变化通过二次调频装置自动调节。利用负荷的电压、频率特性自动平衡。 使得电功率实时安全、经济的平衡。 三、接入电网产生的新科学与技术问题（5） 传统电力系统的功率平衡问题归结为： 为了满足一组随机变量（负荷曲线2）的功率平衡，安全、可靠、经济地调度和控制另一组变量（发电出力曲线3）使之紧紧跟踪变化。曲线1（风电）难与2平衡！分布式电源接入电力系统有什么科学问题？50Hz?50Hz?110kV?110kV?(随机负荷)(随机电源)两组相互独立的随机变量难以实时平衡！三

6、、接入电网产生的新科学与技术问题（6） 分散式能源电力随机、不可控特性提出了： 分散式一次能源随机、不可控的特点，造成发电出力随机、不可控的特性。形成了发电功率和用电功率两组不相关的随机变量，如图中曲线1、2。电能平衡特性要求：“两组不相关的随机变量实时平衡”，显然不可能。解决平衡问题的思路：一组随机变量叠加一组可控变量，形成跟踪另一组变量变化的可控变量。 解决分布式电源接入电力系统的科学方法是什么？P（随机）110kVP（可控）50Hz通过对一组随机发电能力叠加一组可控发电能力跟踪负荷随机变化，使电能实时平衡！(随机电源)(随机负荷)(可控电源)三、接入电网产生的新科学与技术问题（7）含有分

7、散式能源电力的电力系统的特点： 含有分散式能源电力组成的联合电力系统是一个具有三组变量（其中两组不相关随机变量）约束的非线性能量平衡系统。 分布式能源的电源并入到常规电力系统后将导致电力系统各处的随机性和控制效果的弱相关性。风能接入电力系统存在的科学问题负荷需求与随机发电功率曲线风力发电的随机、不可控特点形成：随机发电与随机用电两组独立随机量难以实时平衡！风能随机特性负荷随机特性电能实时平衡时间/h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24功率/MW10002000300040005000负荷需求风力发电功

8、率功率差额一、风电接入系统科学问题解决风能发电接入电力系统问题的科学方法3、负荷控制为辅1、可控功率叠加2、随机功率控制4、储能控制调节可控热水器与负荷调节芯片设定功率可用功率实际功率2、风场功率控制补差1、可控功率为主一、风电接入系统科学问题储能控制三、接入电网产生的新科学与技术问题（7） 基本科学问题: 一组随机变量叠加一组可控变量，与另一组独立变量平衡的科学问题。随机变量和叠加的可控变量的比例多大才可能与另一组独立变量平衡、经济的平衡；两组弱相关的随机变量在正常状态下如何调用才能实时的经济平衡；事故状态下如何控制随机变量、可控变量、负荷变量才能安全运行。风能接入电力系统带来的一系列科学技

9、术问题风能接入电力系统风能接入系统运行风能接入系统规划风能接入系统控制风能接入系统保护故障特性仿真故障分析方法保护适应性新型保护研究四、应当开展的研究（1）在尽可能多的利用随机能源的前提下，研究随机发电能力与可控发电能力随负荷发展的优化规划。在尽可能经济和安全的前提下，研究正常运行时最大限度的利用随机电能的分析理论和调度技术；研究在电力系统遭受扰动后，保持系统安全、稳定运行的理论方法、自动装备和技术手段。四、应当开展的研究（2）分散式能源发电的优化规划及其可靠性评估 单风场、区域内风场风能的预测及可用度模型。单风电场、区域内风电场电力、电量可用度模型。风电力、电量与常规电力、电量的优化规划。风

10、电场容量和场址选择。四、应当开展的研究（3）分散式能源发电的优化规划及其可靠性评估中、低压配电网架承载随机电能能力的研究。风电场接入方式、接入电压、接入位置的优化。含风电的电力系统可靠性评估。分布式能源电力利用的经济性评价。四、应当开展的研究（4）含有分散式能源电力的电力系统运行分析及控制调节策略对分散式发电设备、控制设备的入网技术要求。分散式发电设备接入电力系统的静态模型。分散式发电设备接入电力系统的动态模型。含有分散式能源发电设备的电力系统静态分析理论与算法研究。含有分散式能源发电设备的电力系统动态分析理论与算法研究。四、应当开展的研究（5）含有分散式能源电力的电力系统运行分析及控制调节策

11、略随机电力、电量中、短期预测。随机电力、电量与可控电力、电量的优化调度。 电力系统稳态运行控制策略的研究。电力系统预防控制策略的研究。无功平衡与电压控制的优化。四、应当开展的研究（6）护现状（一）风电场接入方式及其弱电源特性某风电场一次接线风机台数容量一台风机11.65MW一条汇流线813.2MW风场总体4879.2MW132kV侧中性点直接接地或击穿接地22kV侧经接地变压器接地侧中性点接地低压侧高压侧单机变压器0.69kV (Yn)22kV ()风场主变压器22kV ()132kV (Yn)风场送出线单相故障特征仿真电压(kV)电流(kA)双馈风电机组风场送出线单相短路电压、电流风电场接入

12、系统保护配置与整定现状风电场保护配置风场保护配置、整定现状：1. 风场容量小2. 风电场视为负荷，采用配电站电流保护3. 保护配置不考虑风场电源特性配电网保护配置、整定现状：1. 一般单电源辐射型2. 主要三段式电流保护、反时限电流保护和电压越限保护3. 保护配置不考虑风场电源特性输电网保护配置、整定现状：1. 保护配置整定不考虑风电机电源2. 电流差动或纵联距离主保护3. 距离、纵联零序后备保护四、应当开展的研究分散式能源电力系统的继电保护与安全自动装置大容量电力储能装置的研究。电力储能装置紧急控制策略的研究。利用单端电气量的全线速动继电保护研究。继电保护与安全自动装置配合方式的研究。频率紧急控制方式与装置研究。电压紧急控制方式与设备研究。 四、应当开展的研究分散式能源电力系统的继电保护与安全自动装置含有分散式电源的安全稳定紧急控制系统的研究。分散式电源故障解列、振荡解列与解列保护研究。分布式能源电网的“孤岛”后频率与电压自动控制。 分布式电源恢复并网控制研究。远方信道与