大規(guī)模風電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響課件

1、大規(guī)模風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響及應對措施內(nèi)蒙古電力培訓中心 曹云第一部分 現(xiàn)代電網(wǎng)及其發(fā)展特點第二部分 世界上幾起重大電壓穩(wěn)定性事故的分析第三部分 大規(guī)模風電并網(wǎng)對電網(wǎng)的主要影響第四部分 提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的措施第一部分 現(xiàn)代電網(wǎng)及其發(fā)展特點一、建設大規(guī)模聯(lián)合電力系統(tǒng) 我國六大跨省電網(wǎng)已經(jīng)建成、長江三峽電站的建設全國統(tǒng)一聯(lián)合電力系統(tǒng)將會實現(xiàn)（三峽水電站總裝機26臺，單機容量70萬千瓦，總容量1820萬千瓦）美國、日本、歐洲電網(wǎng)跨國互聯(lián)非常普遍，在中東和沿地中海各國，計劃劃分5個地區(qū)逐步建成聯(lián)合電力系統(tǒng)。（補充內(nèi)蒙古電網(wǎng)情況）優(yōu)越性：利用地區(qū)時差取得錯峰效益，合理利用發(fā)電能源，降低電、

2、熱、生產(chǎn)成本，優(yōu)化運行方式，提高供電可靠性等。二、發(fā)電機組容量逐漸增大 目前單機最大容量為1300MW汽輪發(fā)電機組，水電機組716MW，并發(fā)電機組向更大容量發(fā)展。對系統(tǒng)安全運行帶來一些新問題。如短路電流水平不斷增大，對于運行電網(wǎng)中電器設備提出更高要求。鄰近負荷中心，大機組啟停對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響問題值得注意。三、無功補償裝置和有載調(diào)壓變壓器的廣泛應用 SVC（靜止補償器）調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)平滑，切換損耗低等優(yōu)點，維持系統(tǒng)穩(wěn)定主要應急設備（并聯(lián)電容、并聯(lián)電抗器，以及串聯(lián)補償電容器）。五、電力系統(tǒng)中高新科學技術介入 1、目前，大型發(fā)電廠的監(jiān)測控制系統(tǒng)，已從模擬控制方式（按設備分散原則，分別設置與主輔機相

3、對應的獨立的模擬控制進行調(diào)整和順序控制）。發(fā)展到了第三代數(shù)字控制方式（各機組孤立的監(jiān)控島通過數(shù)字信道互通信息，統(tǒng)一調(diào)控），實現(xiàn)了發(fā)電廠（站）的綜合自動化控制。 2、輸電技術實行電力電子器件的柔性輸電方式，改善電力系統(tǒng)暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性，提高輸電能力，控制系統(tǒng)的潮流分布。 3、變電所實行微機保護，微機型故障錄波，微機監(jiān)控遠動，實現(xiàn)綜合自動化控制。 4、配電系統(tǒng) 實現(xiàn)了配電自動化（DA）或配電管理系統(tǒng)（DMS)包括：配電網(wǎng)監(jiān)控，無功補償自動控制，遠方讀表負荷控制，地理信息系統(tǒng)（GIS）停電呼叫，用電需方管理等。第二部分 世界上幾起重大電壓穩(wěn)定性事故的分析一、1983年12月27日瑞典電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定

4、性事故 瑞典系統(tǒng)具有400KV、220KV、132KV三個電壓等級事故起因和過程：（1）當日12時57分，自北向南傳輸高峰負荷5600MW，在Harma400KV變電所一隔離開頭故障，應切除（故障部分）。不幸是當時沒能如此，由于母線保護動作切除兩組400KV母線，連接其上的兩回北400KV進線和兩回南送400KV出線失電。（2）故障發(fā)展使其余運行線路過負荷，53 S內(nèi)所有Harma變電站400KV、220KV、132KV線路相繼因低壓過流，由保護斷開，從而消弱整個系統(tǒng)聯(lián)系。引起西部和中部電壓大大降低，結果使北部至中部線路也全部切除。二、1987年元月12日，法國西部電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性事故事故起

5、因和過程：（1）當日上午10時55分至11時41分，南特市電站三臺機組退役，余下一臺因勵磁保護動作也退出運行。（2）電壓下跌到380KV， 在數(shù)分鐘內(nèi)多臺發(fā)電 機停運，有9000MW負荷被丟失。（3）上午11時50分，西部區(qū)域電壓水平穩(wěn)定在300KV，遠方電壓低180KV，地控中心下達切負荷命令后，系統(tǒng)電壓最后逐漸得到恢復。原因：分析報告中與瑞典類同，強調(diào)了負荷特性，有載調(diào)壓變壓器，發(fā)電機組勵磁輸出限制作用的影響，與瑞典事故相比有兩點不同。（1）實現(xiàn)二次電壓自動調(diào)控措施；自動投切電容器組；自動調(diào)控發(fā)電設備的無功輸出。（2）裝設實時危險電壓指示器。（3）緊急情況下，自動閉鎖有載調(diào)壓變壓器接頭的自

6、動調(diào)整機構，遙控遠方切負荷。三、1987年7月23日，日本東京電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性事故事故起因：（1）中午13時，負荷為38200MW，f，U均保持正常，隨后，負荷以每分鐘400MW速度增長，是過去同年2倍，調(diào)度中心投入了所可用的并聯(lián)電容器組和增發(fā)了可能旋轉(zhuǎn)備用無功功率，電壓仍下降。（2）中年13時10分負荷上漲到歷史新記錄，39300MWU繼續(xù)下降。西部地區(qū)500KV系統(tǒng)電壓下降至370KV，中部地區(qū)電壓下降390KV，f上升到50.74HZ，主干線傳輸網(wǎng)上及電壓持續(xù)下降，而電流不斷增加致使 地區(qū)，繼保動作，造成兩個500KV變電所和一個275KV變電所停運，負荷損失達到8168MW，有280

7、萬用戶受事故影響。事故原因：持續(xù)高溫使負荷不斷上漲，以及大量空調(diào)設備在電壓下降時反使電流增加的特性是造成這次事故的主要原因。事故后：日本電力系統(tǒng)采取如下對策：（1）使系統(tǒng)電壓運行水平晝高一些。（2）在負荷區(qū)增設新的發(fā)電設備。（3）改造275KV網(wǎng)絡，以減輕500KV負荷。（4）加強與相鄰系統(tǒng)的聯(lián)系。（5）與用戶簽訂緊急時負荷的合同。世界上十幾次電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)生解列故障，引起了世界電工學行業(yè)協(xié)會及各國電力系統(tǒng)及政府高度重視，并組織專家相關科研部門認真去研究，因電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)所造成的電網(wǎng)崩潰問題。根據(jù)研究，目標，主要提出穩(wěn)定性研究內(nèi)容：1、系統(tǒng)模型 2、分析方法（采用數(shù)學手段）一般采用局部潮流分布

8、來分析動態(tài)穩(wěn)定和暫太穩(wěn)定，（線性方程、微分方程等手段）或利用分叉理論來分析非線性參數(shù)在系統(tǒng)中穩(wěn)定性問題?；蛴媚：碚搧矸治?。3、電壓失穩(wěn)乃至崩潰機理探討（物理本質(zhì)及相關數(shù)學條件）。4、電壓穩(wěn)定性安全指標計算。5、提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性措施。第三部分 大規(guī)模風電并網(wǎng)對電網(wǎng)的主要影響一、風電的等效容量（調(diào)度）1、建立風電數(shù)學模型的原則 首先把風電在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性數(shù)學模型分析中，作為一個元件來對待。無預測時把風電作為負的負荷（元件），作為負的負荷主要考慮以下三個方面的問題（1）風電的裝機（2）風電的隨機性（不可作為調(diào)峰）（3）系統(tǒng)留給風電的備用空間。有預測時可把風電作為電源（元件），也應考慮以下三個方面

9、的問題：（1）風電的裝機與預測誤差的比例（利用統(tǒng)計學方法分析整個系統(tǒng)的可靠性在有風機和沒有風機的發(fā)電系統(tǒng)的最小的必需常規(guī)發(fā)電能力。以荷蘭為例，2000年陽能等作為其它負荷來考慮?？傊?，電網(wǎng)對風電接納能力（風電等效容量）主要考慮以下三方面問題：（1）電網(wǎng)結構主接線方式輸電線電壓等級智能化程度（2）調(diào)度能力自動化程度業(yè)務水平（3）風電自身技術水平風機主要元件監(jiān)控保護裝置。綜合考慮：電網(wǎng)接納風電的平衡容量是不相同的。實際情況丹麥44%，德國18%，西班牙25%左右；我國東北電網(wǎng)14%左右，都沒有發(fā)生電網(wǎng)崩潰事件。二、電能質(zhì)量的影響（局部來看） 根據(jù)國標的規(guī)定，對于電壓和頻率的偏差、電壓波動和閃變等電

10、能指標有如下的定義和計算方法。1、 電壓波動（Voltage flactuation） 電壓波動為一系列電壓變動或工頻電壓包絡線的周期性變化。電壓波動的值為電壓均方根值的兩個極值和之差， 常以其額定電壓的百分數(shù)表示其相對百分值即：國標GB/123261990規(guī)定我國電力系統(tǒng)公共并網(wǎng)允許的電壓波動10kV以下的為2.5%；35kV110kV為2%；220kV及以上為1.6%。2 、電壓閃變（Voltage flicker） 電壓閃變是衡量電壓質(zhì)量的一個重要指標，當電源的供電發(fā)生快速波動時，將導致照明燈光閃爍，通過人眼的感知從而影響人們的正常工作和學習，因而，電源的電壓波動造成燈光照度不穩(wěn)定，使人

11、眼視覺產(chǎn)反應的過程稱為閃變。電壓閃變覺察頻率范圍為125HZ，敏感的頻率范圍為612HZ。式中：f為實際頻率；fN為額定頻率（50HZ）。 國標GB/T15945-1995規(guī)定我國供電頻率允許偏差：系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為 0.2HZ；當系統(tǒng)容量較少時，偏差值可放寬達到 0.5HZ；沖擊性負荷引起的頻率變動不得超過0.1HZ。5 、電力諧波 電力諧波是指對周期性交流量進行傅立葉級數(shù)分解，得到頻率為基波頻率整數(shù)倍的一種正弦波。諧波對旋轉(zhuǎn)設備和變壓器的主要危害是引起附加損耗和發(fā)熱量增加，此外諧波還會引起旋轉(zhuǎn)設備和變壓器震動并發(fā)出噪聲，長時間震動會造成金屬疲勞和機械損壞。諧波對線路的主要危害是引起附

12、加損耗。諧波還可引起系統(tǒng)電感、電容發(fā)生諧振，使諧波放大，引起測控、通信、保護裝置誤動，威脅電力系統(tǒng)的安全運行。6、低電壓穿越（LVRT)低電壓穿越能力是指風機并網(wǎng)電壓跌落的時候，風機能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復，直到電網(wǎng)恢復正常，從而穿越這個低電壓時間。低電壓穿越功能是風機本身的一種保護，在國外普遍應用，對滿足地方安全供電起到重要作用。從而保持地區(qū)電網(wǎng)的供電。第四部分 提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的措施一、電力系統(tǒng)規(guī)劃設計方面應考慮經(jīng)常條件外，應滿足以下技術要求： （1）合理劃分受端系統(tǒng)，電源（遠方及就地），接入和系統(tǒng)聯(lián)絡線三大部分。盡可能提高網(wǎng)絡極限能力和增強負荷中心電

13、源對電調(diào)控能力。（日本東京電力系統(tǒng)經(jīng)驗教訓應引起我們重視） （2）規(guī)劃設計電力系統(tǒng)時應注意防止因負荷轉(zhuǎn)移引起惡性連鎖反應，造成電力系統(tǒng)電壓崩潰性事故。（美國西部1996年兩次電壓崩潰） （3）電網(wǎng)的結構應保證運行時的靈活性。 日本歐洲經(jīng)驗值得借鑒。 法國400KV變電站，主接線方案（典型），不超過接入線路6回，用雙母線帶母聯(lián)斷路器；超過6回或有4臺機的發(fā)電廠，用兩組各帶母聯(lián)斷路器的雙母線，并經(jīng)兩組母線間斷路器互聯(lián)。 日本則多采用雙母線雙分段方式。（4）在做電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的同時，應根據(jù)電壓穩(wěn)定的要求作好電網(wǎng)的無功功率規(guī)劃。二、電力系統(tǒng)調(diào)度運行方面（1）加強全網(wǎng)的統(tǒng)一管理預計2010-2020年

14、之間，三峽電站另6臺機組投產(chǎn)，廣大電網(wǎng)將逐步互聯(lián)形成全國聯(lián)合電力系統(tǒng)。（美國西部兩次大停電事故66個電力公司互聯(lián)在一起，運行沒有一個統(tǒng)一調(diào)度機構，依靠WSCC制定準則來維護）。（2）加強電力系統(tǒng)負荷預報及電壓安全分析與監(jiān)視工作 電力系統(tǒng)負荷水平對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有很大影響，加強系統(tǒng)負荷預報工作，安排系統(tǒng)運行方式。緊急情況下切除集中負荷是有必要的，1987年日本東京電力所采取對策中有一條與用戶簽訂緊急狀態(tài)切負荷合同。（3）加強調(diào)度人員業(yè)務素質(zhì)的培養(yǎng) 利用DTS系統(tǒng)模擬電網(wǎng)各種運動方式進行反事故演習。三、電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置方面 由于現(xiàn)代電網(wǎng)受投資環(huán)境、用電增長等諸多因素制約，許多廠、站環(huán)網(wǎng)運

15、行，受端系統(tǒng)電壓支撐薄弱。網(wǎng)絡復雜將致使繼電保護配置與整定復雜化。保護與自動裝置功能不完善，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞。防止保護誤動作，除盡力提高保護裝置自身的可靠性，完善裝置的自檢功能外，常規(guī)整定方式也有所改進，保護與自動裝置協(xié)調(diào)問題。 舉例：瑞典1983年12月27日在電壓下降過程中，由于電壓不斷減小而線路電流不斷增大，致使線路測量阻抗移入線路距離保護動作區(qū)，保護切除不希望切除線路，進一步加大系統(tǒng)功率缺額，導致系統(tǒng)解列。三次電壓控制與手動，目的是取得全系統(tǒng)各點電壓的全面協(xié)調(diào)。目前一些發(fā)達國家開始重視電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性綜合調(diào)控研究。法國于1980年在一個大型發(fā)電機上裝調(diào)特殊設計自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR），以提高穩(wěn)定極限和輸電容量。利用最好方案以開環(huán)或閉環(huán)方式集中使用最優(yōu)潮流軟件（OPF），實現(xiàn)全面性優(yōu)化控制。五、提高電壓系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性其他措施 （1）快速投入并聯(lián)電容器組 正常情況電容器組為控制穩(wěn)定，緊密情況下采用自動加速投入并聯(lián)電容器組方案。 （2）合理投入靜止無功補償（SVC）與靜止無功發(fā)生器（SVG），優(yōu)點：調(diào)節(jié)迅速，運行維護量較小，可靠性較高，快速。目前日本采用微機電壓無功控制（VQC）與SVC相結合方案。（3）正確控制有載調(diào)壓變壓器（OLTC）分