大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響課件

1、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響及應(yīng)對(duì)措施內(nèi)蒙古電力培訓(xùn)中心 曹云第一部分 現(xiàn)代電網(wǎng)及其發(fā)展特點(diǎn)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(fēng)電并網(wǎng)對(duì)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(diǎn)一、建設(shè)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(shè)全國統(tǒng)一聯(lián)合電力系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)（三峽水電站總裝機(jī)26臺(tái)，單機(jī)容量70萬千瓦，總?cè)萘?820萬千瓦）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(jì)劃劃分5個(gè)地區(qū)逐步建成聯(lián)合電力系統(tǒng)。（補(bǔ)充內(nèi)蒙古電網(wǎng)情況）優(yōu)越性：利用地區(qū)時(shí)差取得錯(cuò)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(yùn)行方式，提高供電可靠性等。二、發(fā)電機(jī)組容量逐漸增大 目前單機(jī)最大容量為1300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，水電機(jī)組716MW，并發(fā)電機(jī)組向更大容量發(fā)展。對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來一些新問題。如短路電流水平不斷增大，對(duì)于運(yùn)行電網(wǎng)中電器設(shè)備提出更高要求。鄰近負(fù)荷中心，大機(jī)組啟停對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響問題值得注意。三、無功補(bǔ)償裝置和有載調(diào)壓變壓器的廣泛應(yīng)用 SVC（靜止補(bǔ)償器）調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)平滑，切換損耗低等優(yōu)點(diǎn)，維持系統(tǒng)穩(wěn)定主要應(yīng)急設(shè)備（并聯(lián)電容、并聯(lián)電抗器，以及串聯(lián)補(bǔ)償電容器）。五、電力系統(tǒng)中高新科學(xué)技術(shù)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(shè)備分散原則，分別設(shè)置與主輔機(jī)相

3、對(duì)應(yīng)的獨(dú)立的模擬控制進(jìn)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(jī)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(shí)現(xiàn)了發(fā)電廠（站）的綜合自動(dòng)化控制。 2、輸電技術(shù)實(shí)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(dòng)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(shí)行微機(jī)保護(hù)，微機(jī)型故障錄波，微機(jī)監(jiān)控遠(yuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化控制。 4、配電系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了配電自動(dòng)化（DA）或配電管理系統(tǒng)（DMS)包括：配電網(wǎng)監(jiān)控，無功補(bǔ)償自動(dòng)控制，遠(yuǎn)方讀表負(fù)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(gè)電壓等級(jí)事故起因和過程：（1）當(dāng)日12時(shí)57分，自北向南傳輸高峰負(fù)荷5600MW，在Harma400KV變電所一隔離開頭故障，應(yīng)切除（故障部分）。不幸是當(dāng)時(shí)沒能如此，由于母線保護(hù)動(dòng)作切除兩組400KV母線，連接其上的兩回北400KV進(jìn)線和兩回南送400KV出線失電。（2）故障發(fā)展使其余運(yùn)行線路過負(fù)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(hù)斷開，從而消弱整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系。引起西部和中部電壓大大降低，結(jié)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(dāng)日上午10時(shí)55分至11時(shí)41分，南特市電站三臺(tái)機(jī)組退役，余下一臺(tái)因勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作也退出運(yùn)行。（2）電壓下跌到380KV， 在數(shù)分鐘內(nèi)多臺(tái)發(fā)電 機(jī)停運(yùn)，有9000MW負(fù)荷被丟失。（3）上午11時(shí)50分，西部區(qū)域電壓水平穩(wěn)定在300KV，遠(yuǎn)方電壓低180KV，地控中心下達(dá)切負(fù)荷命令后，系統(tǒng)電壓最后逐漸得到恢復(fù)。原因：分析報(bào)告中與瑞典類同，強(qiáng)調(diào)了負(fù)荷特性，有載調(diào)壓變壓器，發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁輸出限制作用的影響，與瑞典事故相比有兩點(diǎn)不同。（1）實(shí)現(xiàn)二次電壓自動(dòng)調(diào)控措施；自動(dòng)投切電容器組；自動(dòng)調(diào)控發(fā)電設(shè)備的無功輸出。（2）裝設(shè)實(shí)時(shí)危險(xiǎn)電壓指示器。（3）緊急情況下，自動(dòng)閉鎖有載調(diào)壓變壓器接頭的自

6、動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，遙控遠(yuǎn)方切負(fù)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(shí)，負(fù)荷為38200MW，f，U均保持正常，隨后，負(fù)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(shí)10分負(fù)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(dòng)作，造成兩個(gè)500KV變電所和一個(gè)275KV變電所停運(yùn)，負(fù)荷損失達(dá)到8168MW，有280

7、萬用戶受事故影響。事故原因：持續(xù)高溫使負(fù)荷不斷上漲，以及大量空調(diào)設(shè)備在電壓下降時(shí)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(duì)策：（1）使系統(tǒng)電壓運(yùn)行水平晝高一些。（2）在負(fù)荷區(qū)增設(shè)新的發(fā)電設(shè)備。（3）改造275KV網(wǎng)絡(luò)，以減輕500KV負(fù)荷。（4）加強(qiáng)與相鄰系統(tǒng)的聯(lián)系。（5）與用戶簽訂緊急時(shí)負(fù)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(xué)行業(yè)協(xié)會(huì)及各國電力系統(tǒng)及政府高度重視，并組織專家相關(guān)科研部門認(rèn)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(biāo)，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(xué)手段）一般采用局部潮流分布

8、來分析動(dòng)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：碚搧矸治觥?、電壓失穩(wěn)乃至崩潰機(jī)理探討（物理本質(zhì)及相關(guān)數(shù)學(xué)條件）。4、電壓穩(wěn)定性安全指標(biāo)計(jì)算。5、提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性措施。第三部分 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的主要影響一、風(fēng)電的等效容量（調(diào)度）1、建立風(fēng)電數(shù)學(xué)模型的原則 首先把風(fēng)電在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型分析中，作為一個(gè)元件來對(duì)待。無預(yù)測時(shí)把風(fēng)電作為負(fù)的負(fù)荷（元件），作為負(fù)的負(fù)荷主要考慮以下三個(gè)方面的問題（1）風(fēng)電的裝機(jī)（2）風(fēng)電的隨機(jī)性（不可作為調(diào)峰）（3）系統(tǒng)留給風(fēng)電的備用空間。有預(yù)測時(shí)可把風(fēng)電作為電源（元件），也應(yīng)考慮以下三個(gè)方面

9、的問題：（1）風(fēng)電的裝機(jī)與預(yù)測誤差的比例（利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析整個(gè)系統(tǒng)的可靠性在有風(fēng)機(jī)和沒有風(fēng)機(jī)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(fù)荷來考慮?？傊娋W(wǎng)對(duì)風(fēng)電接納能力（風(fēng)電等效容量）主要考慮以下三方面問題：（1）電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主接線方式輸電線電壓等級(jí)智能化程度（2）調(diào)度能力自動(dòng)化程度業(yè)務(wù)水平（3）風(fēng)電自身技術(shù)水平風(fēng)機(jī)主要元件監(jiān)控保護(hù)裝置。綜合考慮：電網(wǎng)接納風(fēng)電的平衡容量是不相同的。實(shí)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(biāo)的規(guī)定，對(duì)于電壓和頻率的偏差、電壓波動(dòng)和閃變等電

10、能指標(biāo)有如下的定義和計(jì)算方法。1、 電壓波動(dòng)（Voltage flactuation） 電壓波動(dòng)為一系列電壓變動(dòng)或工頻電壓包絡(luò)線的周期性變化。電壓波動(dòng)的值為電壓均方根值的兩個(gè)極值和之差， 常以其額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示其相對(duì)百分值即：國標(biāo)GB/123261990規(guī)定我國電力系統(tǒng)公共并網(wǎng)允許的電壓波動(dòng)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(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)電源的供電發(fā)生快速波動(dòng)時(shí)，將導(dǎo)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(xué)習(xí)，因而，電源的電壓波動(dòng)造成燈光照度不穩(wěn)定，使人

11、眼視覺產(chǎn)反應(yīng)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(shí)際頻率；fN為額定頻率（50HZ）。 國標(biāo)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(dāng)系統(tǒng)容量較少時(shí)，偏差值可放寬達(dá)到 0.5HZ；沖擊性負(fù)荷引起的頻率變動(dòng)不得超過0.1HZ。5 、電力諧波 電力諧波是指對(duì)周期性交流量進(jìn)行傅立葉級(jí)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(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)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(huì)引起旋轉(zhuǎn)設(shè)備和變壓器震動(dòng)并發(fā)出噪聲，長時(shí)間震動(dòng)會(huì)造成金屬疲勞和機(jī)械損壞。諧波對(duì)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(hù)裝置誤動(dòng)，威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。6、低電壓穿越（LVRT)低電壓穿越能力是指風(fēng)機(jī)并網(wǎng)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)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(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而穿越這個(gè)低電壓時(shí)間。低電壓穿越功能是風(fēng)機(jī)本身的一種保護(hù)，在國外普遍應(yīng)用，對(duì)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(shè)計(jì)方面應(yīng)考慮經(jīng)常條件外，應(yīng)滿足以下技術(shù)要求： （1）合理劃分受端系統(tǒng)，電源（遠(yuǎn)方及就地），接入和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線三大部分。盡可能提高網(wǎng)絡(luò)極限能力和增強(qiáng)負(fù)荷中心電

13、源對(duì)電調(diào)控能力。（日本東京電力系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)應(yīng)引起我們重視） （2）規(guī)劃設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意防止因負(fù)荷轉(zhuǎn)移引起惡性連鎖反應(yīng)，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(jié)構(gòu)應(yīng)保證運(yùn)行時(shí)的靈活性。 日本歐洲經(jīng)驗(yàn)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(tái)機(jī)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(shè)計(jì)的同時(shí)，應(yīng)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(yùn)行方面（1）加強(qiáng)全網(wǎng)的統(tǒng)一管理預(yù)計(jì)2010-2020年

14、之間，三峽電站另6臺(tái)機(jī)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(gè)電力公司互聯(lián)在一起，運(yùn)行沒有一個(gè)統(tǒng)一調(diào)度機(jī)構(gòu)，依靠WSCC制定準(zhǔn)則來維護(hù)）。（2）加強(qiáng)電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)報(bào)及電壓安全分析與監(jiān)視工作 電力系統(tǒng)負(fù)荷水平對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有很大影響，加強(qiáng)系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)報(bào)工作，安排系統(tǒng)運(yùn)行方式。緊急情況下切除集中負(fù)荷是有必要的，1987年日本東京電力所采取對(duì)策中有一條與用戶簽訂緊急狀態(tài)切負(fù)荷合同。（3）加強(qiáng)調(diào)度人員業(yè)務(wù)素質(zhì)的培養(yǎng) 利用DTS系統(tǒng)模擬電網(wǎng)各種運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行反事故演習(xí)。三、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和自動(dòng)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(yùn)

15、行，受端系統(tǒng)電壓支撐薄弱。網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜將致使繼電保護(hù)配置與整定復(fù)雜化。保護(hù)與自動(dòng)裝置功能不完善，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞。防止保護(hù)誤動(dòng)作，除盡力提高保護(hù)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(jìn)，保護(hù)與自動(dòng)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(hù)動(dòng)作區(qū)，保護(hù)切除不希望切除線路，進(jìn)一步加大系統(tǒng)功率缺額，導(dǎo)致系統(tǒng)解列。三次電壓控制與手動(dòng)，目的是取得全系統(tǒng)各點(diǎn)電壓的全面協(xié)調(diào)。目前一些發(fā)達(dá)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(gè)大型發(fā)電機(jī)上裝調(diào)特殊設(shè)計(jì)自動(dòng)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(shí)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(dòng)加速投入并聯(lián)電容器組方案。 （2）合理投入靜止無功補(bǔ)償（SVC）與靜止無功發(fā)生器（SVG），優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)迅速，運(yùn)行維護(hù)量較小，可靠性較高，快速。目前日本采用微機(jī)電壓無功控制（VQC）與SVC相結(jié)合方案。（3）正確控制有載調(diào)壓變壓器（OLTC）分