储能提高风电场并网技术性能研究

储能提高风电场并网技术性能研究汇报提纲1

问题提出

2

大规模新能源基地的特点

3

风电出力特性

4关键技术研究

5

示范工程建设2接入：

酒泉1500万千瓦风

光电通过13座

330kV升压站和

5座330kV变电

所汇集到750kV变电所。是全世

界集中并网规模

最大、接入电压

等级最高的风电

基地。送出：

近期通过四

回750kV输变电工

程输送到甘肃电网

,送出距离达到1000公里；远期

通过正负800千伏

特高压直流送到2500公里的湖南

,是全世界送出电

压等级最高、送出

距离最远的风电基

地。

酒泉新能源集中接入、送出情况

一、问题提出由于风电的随机性和波动性，大规模风电集中

接入使得并网地区运行控制和系统稳定受到严

重影响。一、问题提出甘肃

酒泉风电基地接入及送出情况2

山西湖

北一、问题提出陕西江西宁夏酒泉湘潭南河汇报提纲1

问题提出

2

大规模新能源基地的特点

3

风电出力特性

4关键技术研究

5

示范工程建设6大规模新能源基大

源的特点n与欧美国家的发展模式不同陆上风能资源

80%三北地区太阳能资源80%西部地区资源禀赋特征和用电负荷逆向分布决定了可再生能源发电规模化利用是我国风能、太阳能开发的主流模式用电市场80%在东南地区l甘肃、宁夏、青海和新疆超过总

装机30%l甘肃41.4%，与丹麦、德国处全

球领先水平l资源逆向分布l规模化集中开发l远距离送出n高比例远距离外送的特点突出7l风电国内第三、世界第七l光伏国内第五、世界第九l国内外规模化利用典型代表新疆甘肃光电基地西藏四川云南l新丝绸之路经济带咽喉l国家能源输送走廊l可再生能源基地群枢纽大规模新能源基地的特点⃞甘肃可再生能源基地的独特优势风光电基地宁夏陕西贵州n

规模优势n

地缘优势风光电基地北京山东江苏河北

山西河南安徽江西福建吉林辽宁湖北湖南风光电广西

广东风光电基地黑龙江海南浙江上海建设条件好气候条件好优势地质构造稳定，满足风机建设要求；交通

发达，拥有兰新铁路、兰新客运专线、国

道及高速公路，大型设备可直接通过戈壁

滩运到机位主导风向稳定，风能资源年

际变化较小；无破坏性风速

,超过风机最大运行风速情

况非常少；相对湿度低，不

含盐雾，基本不存在腐蚀性

威胁。甘肃与新疆联网750kV线路从风电基地穿过，750kV酒泉变、敦煌变位于风光电基地附近，有利于风电场的接入及送出。未利用土地10万平方公里以上；

风电、光电规划区域地势平坦开

阔的，土地成本低，无移民等问

题。大规模新能源基地的特点酒泉风电基地的优势风电场厂址面积大9尽管甘肃可再生能源基地事故频发、弃风弃光严重2017年风光电发电量最大月发电量总装机容量最大出力最大日发电量259.45亿千瓦时27.4亿千瓦时2056万千瓦891万千瓦12077万千瓦时全省发电量的23%(32.9%)总用电量29.9%占全省装机容量41.4%占当时用电负荷65%日用电量45%尽管存在脱网、限电等问题，但酒泉风电基地风电场经济效益显著提高。风光电装机容量比例等指

标可列2017年世界前三位。大规模新能源基地的特点风电、光电均可以列2017年全世界国家排名

的第9位新能源基地运行情况10n

甘肃风光电超常规发展的并网、消纳难题n

近10年甘肃省风电增长了239倍，近6年光伏增长334倍，电网建设难以适应这种超常规发展速

度，风光电并网成为巨大的技术难题。n

甘肃省风光电总装机容量2067.8万千瓦，

甘肃风光电装机容量远远超过了全省最大用电负荷(1

468万千瓦)(141%)，市场消纳能力不足的矛盾突出甘肃省风电装机容量容量统计(MW)140001200010000800060004000200002001

2003

2005

2007

2009

2011

2013

2015

总装机容量(MW)

新增装机容量(MW)10年增加了239倍甘肃省光电装机容量(MW)800060004000200002010

2011

2012

2013

2014

2015

2016口

装机容量（MW).新增装机容量（MW)6年增加了334倍大规模新能源基地的特点n

集中并网规模最大、送出距离最远n

甘肃省风光电90%以上在河西走廊，其中大部分集中在酒泉地区，需要通过750

千伏电网

输送到1000公里以外的兰州，是全世界集中并网规模最大、送出距离最远的风光电基地。n

甘肃省风光电总装机容量中国省级电网第三、世界第九

；风光电占全省总装机容量的41

.

4%，装机比例比例中国第一、世界前三。大规模新能源基地的特点n

甘肃省装机容量中国第一、世界第六n

风光电随机性、波动性和不确定性导致我国弃风、弃光问题突出

，2016年我国可再生能

源弃风达到了497亿千瓦时，相当于刘家峡水电站10年的发电量。n

仅2011年酒泉风电基地发生脱网事故100多次、累计脱网风电机组超过4000台，高比例

新能源综合示范区建设的机遇与挑战抗干扰和可控性不足导致了脱网事故频发。某风电场一周发电曲线大规模新能源基地的特点n

风光电基地存在的问题第二次脱网第一次脱网-day-1

-day-2-day-3

-day-4-day-5

-day-6-day-7汇报提纲1

问题提出

2

大规模新能源基地的特点

3

风电出力特性

4关键技术研究

5

示范工程建设14三、新能源出力特性200.00180.00160.00140.00120.00100.0080.0060.0040.0020.000.00三、新能源出力特性0:00:000:50:001:40:002:30:003:20:004:10:005:00:005:50:006:40:007:30:008:20:009:10:0010:00:0010:50:0011:40:0012:30:0013:20:0014:10:0015:00:0015:50:0016:40:0017:30:0018:20:0019:10:0020:00:0020:50:0021:40:0022:30:0023:20:00甘肃某光伏电站日出力曲线甘肃某风电场日出力曲线30.0025.0020.0015.0010.005.000.00时间0:351:151:552:353:153:554:355:155:556:357:157:558:359:159:5510:3511:1511:5512:3513:1513:5514:3515:1515:5516:3517:1517:5518:3519:1519:5520:3521:1521:5522:3523:15

总出力

桥湾

干河口昌马

北大桥0:100:30

0:50

1:10

1:30

1:50

2:10

2:30

2:50

3:10

3:3050403020100-10-20-30-40-50三、新能源出力特性出力变化率(%/10min)时间2.24事故750千伏敦煌变#2主变电流、电压和有功曲线三、新能源出力特性电压短时在67%-115%额

定电压范围内大幅度波动西北主网频率最低至49.854Hz电能质量短时间不合格影响用户的用电质量电压波动使河西电网的电压、

频率控制难度大幅度增加直接威胁到电力系

统安全稳定运行2011年酒泉风电基地累计发生各类事故100多次风电场内部事故导致风电

机组大规模脱网脱网超过100台、影响范围较大故障7次三次严重事故分别甩风电出力84、100.6和153.5万kW

酒泉风电基地事故情况

三、新能源出力特性情况影响事故甘肃丹麦宁夏德国青海新疆葡萄牙西班牙爱尔兰美国加州

新能源装机占比(%)新能源发电量占比(%)三、新能源出力特性50.045.040.035.030.025.020.015.010.05.00.011:1512:0012:4513:3014:1515:0015:4516:3017:1518:0018:4519:3020:1521:0021:4522:3023:15

风电光伏全网出力180001600014000120001000080006000400020000三、新能源出力特性10:304:300:000:458:159:009:457:306:006:453:003:452:155:151:302017年7月17日甘肃风电出力占比(%)风机出力占比风场出力占比风场群出力占比

瓜州出力占比酒泉出力占比全网出力占比11:1512:0012:4513:3014:1515:0015:4516:3017:1518:0018:4519:3020:1521:0021:4522:3023:15三、新能源出力特性1.201.000.800.600.400.200.0010:304:300:450:008:159:009:457:306:006:453:003:452:155:151:30汇报提纲1

问题提出

2

大规模新能源基地的特点

3

风电出力特性

4关键技术研究

5

示范工程建设24四、关键技术研究功率型储能装置提高风电场可调性能技术四、关键技术研究在示范风电场升压站安装了1MW/1MWh箱式锂离子电池储能系统，实现平抑风电功率分钟级波动、跟踪计划出力、削峰填谷的功能，并实现了电池储能系统的有功、无功解耦控制；分别在3台双馈风电机组的变频器直流母线安装了300kW超级电容储能系统（每套系统由2台150kW超级电容

储能装置组成），用于抑制机组直流母线电压波动，提高了机组的暂态支撑能力。华锐公司生产的16台单机容量3.0MW的华锐SL-3000风力发电机，采用2回35kV架空线路送至干河口北330kV升压站，位于甘肃省西北部的酒泉地区瓜州县城西北约57km处，东经95013’50”~95015’36.2”、北纬40045’00”~40042’59”

之间，位于酒泉风电基地的西段。四、关键技术研究l安装于户外l用于平抑风电场功率波动l1MW/1MWh方舱式锂离子储能l经箱变接入35kV四、关键技术研究电池储兰站E1

E2

E3

E4330kv3井主变28母线箱式型4kvkV

E

电路i一

·____

PCS

Ivbvc

·

△

PCS

II△

△vavbvc△△

△BESS1MW系统内部接线示意图电池

1电池

2△△四、关键技术研究电池

3

va

·

i

预充目包

△

、·△

·

△电池6电池

4电池

S35kv294kv

四、关键技术研究储能系统工作策略30l2*150kW双向DC-DC变流器

l>3000kJ能量存储能力l安装在风电机组机舱内部可接受与风

机主控系统控制l可自动对直流母线电压做出响应，维

持母线电压稳定l超级电容模块及单体状态上传至上级

监控系统四、关键技术研究311.60

1.40

1.20

1.00

0.80

0.60

0.40

0.200.00

-0.20Esc1 Esc2

Edc1

Edc2

mode模代2超级电容控制策略

直流母线、超级电容电压变化曲线设定直1超级电容设定直2BUCK控制回

四、关键技术研究BOOS

控制回

日

·直流母线

检测

b

控制信号超级电容

电压

增益调节直流母线设定直132lODFIGSYSTEM:fre50.00049.97549.95049.92549.90049.87549.85049.82549.800fre

x

0.0

1.0

2.03.04.05.0U_DCconverter:deltEscx0.01.0

2.03.04.05.0PWMCONVERTER,U

DCconverter

:Graphs1.401.201.000.800.600.400.200.00-0.20

Esc1Esc2Edc1Edc2mode

x

0.000.501.00

1.50

2.002.503.003.50DFIGSYSTEM:PQ1.801.601.401.201.000.800.600.400.200.00-0.201.0

2.0

3.0

4.0

5.00.0500.000-0.050-0.100-0.150-0.200-0.250-0.300-0.350-0.400

deltinertial

deltEsc deltdroop

P

Q

Ps

Qs

Pdmd四、关键技术研究超级电容、直流母线电压超级电容电压增益指令系统频率变化有功功率变化33y四、关键技术研究放电充电34四、关键技术研究储能充电转方电电流波形变化过程3536

ΔfEscfd2H

dtΔEτsτs

+

1隔直环节*scE*EscscEsc1.28

10.6130.996四、关键技术研究1

1.00437ffPwte*Pfτsτs+

1Esc高通滤波*

IsckscEsc四、关键技术研究超级电容滤波控制能量管理框图BOO:st超级电容增益调整*

Psck

scPscI

sc384.243.83.63.43.232.82.60.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75电网

电压(pu)四、关键技术研究超级电容与电网电压关系曲线超级电容容值(

F)39u考虑储能[0.1，0.9]的工作范围，在给定样本下，400kW/40kWh的配置即可满足储能平抑分钟级功率

波动的目标。u与0.33mHz截止频率相符。10.90.80.70.60.50.40.30.20.100.03030

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

SOC储能系统SOC变化范围累积概率密度（以

基于时域统计的储能容量配置方法

分析了风电场储能的选型和容量配置四、关键技术研究0

100

200

300

400

500

600

700

800

9001000功率（

kW）储能系统充放电功率累积概率密度Pr

≥

max(p2

,...1MWh为基准）10.90.80.70.60.50.40.30.20.10p

N

)p1

,累积概率密度385kW累积概率密度汇报提纲1

问题提出

2

大规模新能源基地的特点

3

风电出力特性

4关键技术研究

5

示范工程建设41电网友好型风电场综合示范42风电场在线监测与故障诊断系统可监测风电场一体化综合监控系统可控制基于复合数据源的风电功率预测系统可预测储能电池建设与示范可调度超级电容建设

与示范暂态支撑示范工程建设风电场无功功率控制系统改造风电机组有功控制功能改造风电机组故障

穿越能力改造风电机组状态

监测网络改造示范工程建设平台功能展示界面

升压站监控

风机监控43超级电容机柜

DC/DC变流器

变流器监控界面风电机组

发电机

机舱控制柜示范工程建设4444开展了超级电容储能提高风电机组低电压耐受能力测试，分别在示范风电场28号机组出力2MW、2.2MW和2.7MW开展了72%左右低电压超过5秒钟的低电压耐受测试，加装超级电容的

发电机组电压跌落到72%左右仍然能够正常发有功，具备较好的低电压耐受和暂态支撑能力。超级电容提高风电机组低电压耐受和暂态支撑能力测试3200.0003000.0002800.0002600.0002400.0002200.0002000.0001800.000示范工程建设11211261140115411681182119612101224123812521266128012941308132213361350136413781392140614201434144814621476149015041

5181机组电压跌落28.1%有功出力变化过程1412814215617018419811机组有功功率、无功功率变化机组出口电压、无功电流变化正常运行时线电压38kV，跌落发生时电压27.45kV，跌落幅度为72