风力发电的运行

风力发电的运行分析主讲人：汤阳提出问题贵阳花溪云顶风电场（原创)思考一下，工业风力发电和农业风力发电有什么区别。风力发电有三种运行方式：一、风力发电的运行方式一是独立运行方式，即离网运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；一、风力发电的运行方式二是风力发电与其他发电方式，(如柴油机发电)相结合，即混合运行方式，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，即并网运行方式，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机。风力发电的并网运行方式是风力发电的主要发展方向。二、风力发电并网运行分析随着风电产业的快速发展，风电并网容量迅速增加，大规模风电并网给电力系统的稳定性、电网电能质量及安全性和灵活调度带来了一系列问题。风具有波动性、间歇性和随机性的特性。二、风力发电并网运行分析因此，风电功率的波动也具有间歇性、随机性等特点。大规模风电并入电网后，电力系统的潮流发生改变，对电力系统调峰能力提出了更高要求，增加了系统备用容量的投入。同时，风电场输出功率的急剧波动造成地区电网电压失稳，对电网造成很大的冲击。此外，风力发电并网运行的首要条件是保证风力发电厂与电网安全、可靠的连接，输出符合质量和经济型要求的电能。由于风电的接入，在风电与电力系统相互作用中，风电对电力系统动态性能的影响也很明显，包括并网过程动态、风力发电引起的电压波动和闪变、风力发电系统谐波研究、风力发电在电网故障等暂态过程中的特性及其稳定与控制和风力发电对继电保护系统的影响等。二、风力发电并网运行分析我国风电的波动性明显。电力系统运行是有一定规律的、时变的连续过程，风电电力、电量的波动性是造成电力系统运行和消纳困难的关键。二、风力发电并网运行分析2014年，国家电网范围内风电最大电力达到31.354GW，而最小电力只有3.433GW，波动幅度为89.1%。华北、东北及西北风电最大电力分别为14.067、11.302GW和7.476GW，最小电力只有144、84MW和150MW；波动率分别为99.0%、99.3%和98.0%。（一）风电出力波动二、风力发电并网运行分析为了降低风电场出力的波动性和随机性对接入电网的影响，必须采取一定的措施来平稳风电场的出力，常用的风电场出力平稳控制措施有接入无功补偿装置和采用储能技术。二、风力发电并网运行分析通过装设无功补偿装置可有效减小风力发电功率波动对电网电压的影响。目前大部分的风电机机端都带有并联电容组，可根据其输出的功率大小进行自动投切，保证风电场在一定的功率因数下运行。随着现代电力电子技术的发展，利用静止无功补偿器(SVC)、静止无功系统(SVS)、静止无功发生器(SVG)及静止同步补偿器(STATCOM)来改善电压质量和提高系统的稳定性已获得广泛的应用。1.接入无功补偿装置二、风力发电并网运行分析风电场出口加装储能装置可以在高风速时储存能量，低风速时释放能量，实现风电机组输出有功功率和无功功率的综合快速补偿，在风速快速扰动的情况下平滑了风电场的输出，从而降低了风波动对电网的冲击，有效提高了电网的电能质量和并网风电机组自身的稳定性。储能技术可分为物理储能、电磁储能、电化学储能和相变储能。2.储能技术二、风力发电并网运行分析物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储能包括超导磁储能系统、超级电容器和高密度电容；电化学储能为铅酸电池等蓄电池以及大型氢燃料电池；相变储能即冰蓄冷。目前，风电场常用的储能技术为前三者，相变储能仍处于研究之中。2.储能技术二、风力发电并网运行分析有学者认为电网本身就是一个具有巨大调节能力的储能系统。电网理论上可快速储能的数量接近于电网的最大可调节容量，现代大型风电场的运行，实际上就是利用了电网所具有的调节能量的能力。若机组出力受到限制、电网结构不合理或管理欠力，其能力也会受到影响。对于电网平抑风电的方式是：风电出力快速增加时，系统频率也会增加，相关发电机的一次调频会自动减少自己的出力，以保持系统频率在合格的范围。超出发电机自动调整范围，电网的自动发电控制系统(AGC)便展开二次调整，并且可以根据电网的潮流，有选择地调节相关发电机的出力，保持电网在最佳运行状态。二、风力发电并网运行分析风机的低电压穿越能力是指在电网运行中，当系统出现扰动或远端(近端)故障时，可引起局部电压的瞬间跌落，在此期间，电源能够维持并网运行的能力。（二）风机的低电压穿越能力在低电压情况下，常规能源发电机组均可通过快速励磁调节，提供电压支撑，保持在系统低电压期间机组的可靠联网运行而不脱网（一般为故障重合闸时间），实现低电压穿越能力强。但由于风机具有适应多变化风速的特点而不具备快速励磁调节能力。二、风力发电并网运行分析2009年，国家电网公司发行的《国家电网公司风电场接入电网技术规定(修改版)》中首次对低电压穿越能力做出了要求，这一规定只是企业的对风电的要求，不具有强制性。直至2011年，国家才对风电的低电压穿越能力进行强制性的要求，制定了《风电场接入电力系统技术规定》(GB/T19963—2011)。二、风力发电并网运行分析风电机组低电压穿越(LVRT)能力标准二、风力发电并网运行分析按照规定，风电场低电压穿越要求为：风电机组具有在并网点（与公共电网直接连接的风电场升压变高压侧母线）电压跌落至20%额定电压时能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力；风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%，风电机组应具有不间断并网运行的能力。二、风力发电并网运行分析风电并网后，电力系统中出现了大量具有非线性特性和快速时变的负荷和电工设备，这些负荷在正弦波电压的作用下，会产生各种非正弦波