大规模风电并网对京津唐电网影响和对策分析

大规模风电并网对京津唐电网的影响和对策分析二○○九年三月

海南.海口科技支撑发展创新引领未来目录大规模风电并网的几个概念华北电网风电发展情况大规模风电并网对电网的影响结论和建议目录大规模风电并网的几个概念风力发电的特点绿色能源间歇性强、可控性差风电机组种类多风电出力预测困难，调度难度大大规模风电并网的几个概念风力发电机组的分类转轴的方向：水平轴、垂直轴；转速控制：定速、变速；功率控制：定桨距、变桨距；是否与电网同步：异步、同步。大规模风电并网的几个概念风机类型及特性失速型异步风机风能利用效率低；结构简单、成本低；功率可控性差，任何时候均吸收无功。双馈异步风机风机成本及维护费用高；风机可以进行一定容量的无功功率控制和有功功率控制，电气相对复杂；直驱同步风机风能利用率高；风机成本高；实现全功率范围柔性控制，可控能力强；大规模风电并网的几个概念风电场内部典型电气接线大规模风电并网的几个概念风电是常规能源的有益补充，在储能技术研究尚未取得突破进展的前提下，无法取代常规能源成为主要的电源形式。风电装机是否可以计入平衡？出力预测准确度/风力发电的可信度/特定的电网运营模式从调整能源结构角度来讲，应着重强调“风电发电量在总用电量中的比重”而非风电装机占比或风电出力占比——从环保、经济和安全角度都不应过度强调风力发电的“全额收购”。大规模风电并网的几个概念从提高风力发电比重而言，电源和电网应共同采取措施提高风力发电在能源消费中的占比。增强风电机组的可观可控性/提高电网运行的灵活性关于风电出力的同时率地域分布的差异对于风电基地出力的同时率影响差异很大。国内外风电并网方式的差异并网方式/电源结构的差异目录京津唐电网风电发展情况电网概况京津唐电网风电场运行情况京津唐电网风电规划情况华北电网公司风电并网的相关工作情况华北电网概况

华北电网总装机1.12亿千瓦，其中火电装机11701万千瓦，占98％，水电装机253万千瓦，占2％。风力发电在内蒙地区、京津唐电网的张家口和承德地区、东部沿海地区均有发展。京津唐电网风电主要集中在张家口和承德地区。目前风电装机63万千瓦，占装机总容量的1.5%。现有风电场主要接入各地区低压配电网，以就地消纳为主。京津唐电网风电发展情况京津唐地区风电分布情况京津唐地区风电主要集中在张家口和承德地区；目前京津唐电网运行的风电场共630MW；张家口装机容量475.8MW；承德装机容量104.7MW；北京装机容量49.5MW；其中异步风机占45％，双馈风机占46％，直驱风机占9％。京津唐电网风电发展情况张家口、承德的坝上地区具有大致相同的气象条件。风电场机组年利用小时数约在2100-2400小时之间，每年九月至次年5月风资源较好，夏季最差。京津唐电网风电机组早期以异步风机为主，目前以双馈风机为主，少数风电场采用直驱风机。由于风电随机性、间歇性强，可控能力差，导致风电可调度性差，只能调度最大发电出力。京津唐运行风电场特点京津唐电网风电发展情况京津唐电网风电规划情况2009年京津唐电网风电装机将达到150-200万千瓦；2010年将达到350-400万千瓦，目前京津唐电网已经开展获得路条的风电场总规模800万千瓦。张北地区115万千瓦的风电特许权项目经220kV汇集站汇集后通过220kV线路接入沽源站220kV侧，将风电并入华北500kV系统送出；张北地区其他风电在地区电网中消纳。承德地区风电分别通过220千伏御道口开闭站和木兰变电站送出；张家口第二个百万千瓦风电基地、承德百万千瓦风电基地和河北省千万千瓦风电基地已经开始开展前期工作。京津唐电网风电发展情况张家口坝上百万风电场规划察北

康保

尚义

国投康保牧场风电场100MW

山东鲁能康保屯垦风电场100MW国华能源尚义七甲山风电场200MW龙源尚义风电场150MW中节能张北绿脑包风电场100MW中水顾问张北坝头风电场100MW河北建投沽源东辛营风电场200MW华电沽源大脑包风电场100MW中广核察北白塔风电场100MW

36km24km69km76km11km28km63km38km33km20km10km94km京津唐电网风电发展情况承德风电场规划京津唐电网风电发展情况京津唐电网风电规划情况根据相关研究成果，受系统调峰能力限制，京津唐电网2010年可接受风电容量为144～176万千瓦。上述计划投产的风电项目装机容量已经大大超出了京津唐电网的接受能力。如若都投产，在风力大发时，出于电网安全需要，需限制风电场部分出力。

京津唐电网风电发展情况华北电网公司风电并网的相关工作情况2006年6月，与中国电科院合作开展“京津唐电网风电接入能力及并网运行研究”工作。2006年，组织编制《张家口坝上百万千瓦级风电基地输电系统规划》、《承德地区百万千瓦级风电基地输电系统规划》。2007年，完成《风力发电价格机制研究报告》。2007年，完成《欧洲风电发展情况》的翻译工作。2008年,完成了《加州独立运营商可再生能源入网输电、运行问题和建议研究》的翻译工作。2008年，华北电网公司制定了《华北电网风电场接入电网技术规定》。2008－2009年，进一步开展风电场运行管理研究。2008－2009年，开展风电场现场试验和并网安全性评价工作；进一步开展风机及调节器建模工作，开展仿真计算。

配合国家电网公司开展张家口第二个百万千瓦风电基地、承德百万千瓦风电基地和河北省千万千瓦风电基地的输电方案研究华北电网公司风电并网的相关工作情况今后风电并网的科技研究方向风电场管理的技术支持手段研究（含出力预测）；风电并网辅助服务市场研究；风电集中外送对电网安全影响（无功、稳定）专题研究；风电接入后暂态稳定仿真及安全稳定措施的制定；风电场接入电力系统的先进技术研究（轻型直流等）；风电场相关技术（微电网技术、储能技术）研究；机组选型及功能配置的研究。华北电网公司风电并网的相关工作情况目录大规模风电并网对电网的影响调峰调频容量影响和对策系统无功电压影响和对策分析电能质量影响和对策分析调峰调频容量影响和对策

风电机组基本不调峰，增大了电网调峰的难度，对电网调峰容量提出了更大的需求。要提高电网接入风电的能力，可以考虑从以下几个方面提高电网的备用容量：调整电网电源结构，改进电网负荷平衡能力，增加抽水蓄能和燃气机组的比重，新建机组必须能够在更低的负载率下稳定运行，具有更大的调节幅度，从而增加电网的调峰备用容量。加强风电场出力预测，提高风电场处理预测的精度和准确度。

电网调节速度影响和对策并网运行的风电机组切入、切出电网时需要对原有的机组出力调整计划进行修正，以适应风电出力的变化。这就要求这些常规电源的调节速度必须与风电场的切入、切出和出力变化速度相协调。一是风电机组随风力变化正常的增减发电出力，在负荷低谷时段大量风电机组集中切入电网，给电网带来的急剧的出力余额。一是负荷快速上升时段大规模风电机组同时失速脱网一是在风电大发时段，风力超过极限风速导致风电场大量风机同时失速脱网，给电网带来的急剧的出力缺额。是在这两种对电网调节速度要求最大的两种运行工况下，电网中具有调节能力的发电机组的调节速度必须与该电网全部风电出力的切入、切出速度即风电场的最大功率变化率相协调。电网调节速度影响和对策要提高电网接入风电的能力，必须使风电场的最大功率变化率和极限风速下风电机组的切出速度必须与常规机组的调节速度相协调。可以考虑从以下几个方面提高两者的协调性：新建机组必须具有更大的灵活性，以适应更快速的启动和关停；必须具有更快的爬坡速率能力和调节能力。风电机组的设计必须充分考虑这个因素，对风电机组的最大功率变化率和极限风速下风机的切出速度进行控制，对风电机组的发电曲线进行优化调整，以适应电网的调节速度，从而增加电网接受风电能力。必要时，需要对风力发电进行控制，特别是当系统负荷水平降至最低。对于固定容量的无功补偿，风电场出力不断增加过程中，系统中风电场并网点沽源220kV母线电压迅速降低，因此需要相应增加更多的容性无功补偿。系统无功电压影响和对策分析

考虑到风电机组的利用小时数较低，风电场的送出线路大多是按线路的热稳极限设计的。在风电满发时段，线路潮流均远远超过线路的自然功率，线路所消耗的无功功率往往呈级数递增。对于大规模集中送出的风电场群的电压控制和无功补偿容量的选择必须考虑两种情况。当无风时，整个风电基地送出系统轻载，输电线路充电功率远远大于系统需要，送出系统呈容性，需要安装一定数量的感性无功补偿容量。风电大发时，整个风电场送出系统重载，系统需要大量的容性无功补偿容量来补偿风电场变压器和送出重载线路的无功需求，支撑系统电压。一些风电机组通过调整本身调节系统的运行状态具备一定的电压调节能力，这种调节能力在上述两种情况下可以作为风电场的无功补偿容量来看待，但是在大量风电场集中切入电网时，风电机组本身的这种调节特性无法支撑风电机组建立磁场，是不能作为风电场无功补偿容量来对待的。系统无功电压影响和对策分析低电压穿越能力（LVRT）是指风机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间。低电压穿越功能是风机本身的一种保护，在国外普遍应用，对满足地方安全供电起到重要作用，考虑到国外风电大多是分散接入电网，配备低电压穿越组件能够在电网出现故障时，能够尽可能的保持小地区内风电电源的存在，从而保持地区电网的供电。系统无功电压影响和对策分析对于风电机组是否需要具备低电压穿越功能，不应一概而论，应分不同情况区别对待。对于类似承德风电基地分散接入地区低压配电网的风电场，风电机组具备低电压穿越能力有助于故障情况下保持地区供电，应考虑具备低电压穿越能力；对于张家口风电基地通过高压输电通道集中外送（或风－火联合送出）的风电场，在严重故障下具备低电压穿越能力的风电机组的不稳定运行可能会给整个送出系统带来稳定问题，应尽快将风电场从系统中解列，因此不必具备低电压穿越功能。系统无功电压影响和对策分析风电机组的输出功率具有波动性，除了风速的自然波动特性外，风电机组自身的一些固有特性也是引起其输出功率波动的原因。风电场的功率波动容易造成系统的电压波动和闪变。双馈变速风电机组在连续运行过程中会产生一定的谐波，有可能对其所接入电网的电能质量造成影响。

电能质量影响和对策分析研究表明：风电场接入对电网公用连接点的谐波往往影响不大，满足国标要求；对公共连接点的长、短时电压闪变也可以满足国标要求；对公共连接点的电压波动影响较大，往往超过国标要求。因此要求风电场装设快速无功补偿设备。电能质量影响和对策分析目录结论和相关建议大规模风电并网对系统的影响主要反映在需要增加额外的调节容量，并对机组的调节速度有更苛刻的要求；通过调整电源结构、增加调节能力和调节速度更强的机组比例，加强风电场出力预测的准确性，改善风电机组的运行特性，可以有