新能源在電網(wǎng)的應(yīng)用

新能源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用云南電網(wǎng)科技管理培訓(xùn)班講座2009年5月21日昆明光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀新能源發(fā)電常見形式介紹提綱目前云南電網(wǎng)開展工作介紹新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)展望一、新能源發(fā)電常見形式介紹新能源、可再生能源、分布式能源概念——NewEnergyRenewableEnergyDistributionEnergy新能源發(fā)電概述新能源可再生能源分布式能源傳統(tǒng)能源不可再生能源集中式能源風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能….一、新能源發(fā)電常見形式介紹新能源多以可再生能源為主

新能源多以分布式應(yīng)用為主水能作為常規(guī)能源形式屬于可再生能源，可同時(shí)進(jìn)行集中和分散式應(yīng)用區(qū)別與聯(lián)系一、新能源發(fā)電常見形式介紹風(fēng)力發(fā)電——全球裝機(jī)超過1.2億kW；中國裝機(jī)超過1200萬kW，亞洲第一、全球第四——國家新能源發(fā)展規(guī)劃：重點(diǎn)發(fā)展風(fēng)電，目標(biāo)調(diào)整2020：3000萬kW到上億kW；地區(qū)西北、沿海（甘肅內(nèi)蒙江蘇）——云南大理首個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目已投運(yùn)，后續(xù)風(fēng)電規(guī)劃的風(fēng)電項(xiàng)目有20多個(gè)常見新能源發(fā)電形式應(yīng)用現(xiàn)狀一、新能源發(fā)電常見形式介紹太陽能光伏發(fā)電——西班牙、德國、美國裝機(jī)都超過百萬kW；中國裝機(jī)粗略估計(jì)為100MW左右，剛剛起步——國家新能源發(fā)展規(guī)劃：扶持太陽能發(fā)電，目標(biāo)調(diào)整2020：180萬kW到上千瓦kW——政策扶持：財(cái)政補(bǔ)貼、優(yōu)惠電價(jià)（特許權(quán)招標(biāo)）——云南首個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目已投運(yùn)，目前石林兩個(gè)百兆瓦級電站規(guī)劃建設(shè)常見新能源發(fā)電形式應(yīng)用現(xiàn)狀光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀新能源發(fā)電常見形式介紹提綱目前云南電網(wǎng)開展工作介紹新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)展望二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀——風(fēng)電控制技術(shù)典型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)恒速恒頻異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變速恒頻（VSCF）風(fēng)力發(fā)電機(jī)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)（DFIG交流勵(lì)磁）

永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)（PM）定槳距失速型風(fēng)機(jī)變槳距控制型風(fēng)機(jī)原動(dòng)機(jī)形式發(fā)電機(jī)形式VSCF通過電力電子背靠背變頻技術(shù)可有效調(diào)整發(fā)電功率輸出，進(jìn)而調(diào)整電磁轉(zhuǎn)矩控制機(jī)組轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)核心器件：主控制器特有功能：調(diào)向系統(tǒng)、變距系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)、并網(wǎng)方式不同于常規(guī)電廠二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀定槳距異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制抑制并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流

接近同步轉(zhuǎn)速雙向晶閘管導(dǎo)通角逐步打開接觸器閉合，旁路雙向晶閘管大理--WP4060二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀定槳距異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)

750kW異步電機(jī)，35kV并網(wǎng)抑制并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流

接近同步轉(zhuǎn)速雙向晶閘管導(dǎo)通角逐步打開接觸器閉合，旁路雙向晶閘管定槳距異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)軟并網(wǎng)與直接并網(wǎng)二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀定槳距異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)軟并網(wǎng)與直接并網(wǎng)軟并網(wǎng)啟動(dòng)時(shí)吸收的有功、無功小軟并網(wǎng)啟動(dòng)時(shí)沖擊電流約3倍直接并網(wǎng)時(shí)沖擊電流約10倍結(jié)論：二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀定槳距異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制

MITA控制系統(tǒng)二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀機(jī)組8組電容器，電容接觸器投切；全廠DWZT調(diào)壓式無功補(bǔ)償裝置投入電容器無功補(bǔ)償減少從電網(wǎng)吸收的無功保證功率因數(shù)在要求范圍二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制采用轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁，有頻率、幅值、相位三個(gè)控制量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁的頻率，保證并網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁的幅值，保證并網(wǎng)電壓并網(wǎng)后P、Q解耦控制；可實(shí)現(xiàn)MPPT（額定風(fēng)速以下）二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制“柔性并網(wǎng)”，跟蹤控制，由電力電子器件實(shí)現(xiàn)

沖擊電流小可進(jìn)行有功、無功控制

可實(shí)現(xiàn)MPPT二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀變槳距變速恒頻與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組比較優(yōu)點(diǎn)最大風(fēng)能跟蹤，風(fēng)能利用率高（小于額定風(fēng)速）

可進(jìn)行有功/無功控制變槳距控制，輸出功率平穩(wěn)（大于額定風(fēng)速）二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀缺點(diǎn)：主設(shè)備及控制系統(tǒng)復(fù)雜

建設(shè)投資大風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)性

二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀——運(yùn)行特性分析上午3-9時(shí)為低谷時(shí)段

9-11月上旬，11時(shí)開始負(fù)荷逐步上升，17-24時(shí)為發(fā)電高峰

11月上旬到12月，11時(shí)發(fā)電量開始逐步上升，17-19時(shí)達(dá)到高峰大新線功率在10MW以上時(shí)功率因數(shù)均在0.98-1.0之間統(tǒng)計(jì)大新線9月-12月的運(yùn)行數(shù)據(jù)：風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)性

二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀

10月8日功率波動(dòng)幅度最大約0.4p.u.全廠日功率3~27MW

全天風(fēng)向較穩(wěn)定,風(fēng)速引起波動(dòng)風(fēng)力發(fā)電引起電壓的波動(dòng)

仿真圖二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀用二臺2MW風(fēng)機(jī)等效風(fēng)電場風(fēng)機(jī)風(fēng)速不同

并入多分段10kV線路，各節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)風(fēng)力發(fā)電引起電壓的波動(dòng)

第一臺風(fēng)機(jī)二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀第二臺風(fēng)機(jī)風(fēng)力發(fā)電引起電壓的波動(dòng)

各節(jié)點(diǎn)電壓曲線二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電引起電壓的波動(dòng)

結(jié)論二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀風(fēng)速變化對電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓產(chǎn)生影響，電壓波動(dòng)的大小取決于電網(wǎng)容量、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、風(fēng)力機(jī)組類型、風(fēng)電場容量等因素；風(fēng)電場輸出功率的波動(dòng)導(dǎo)致了電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓的變化，離風(fēng)電場接入點(diǎn)越近則電壓波動(dòng)越明顯，接入點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)最大。節(jié)點(diǎn)3的電壓波動(dòng)現(xiàn)象己經(jīng)非常嚴(yán)重，超出了允許范圍。風(fēng)力發(fā)電引起電壓的波動(dòng)

大風(fēng)壩電壓波動(dòng)：二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀陣風(fēng)（上升速度為5m/s，時(shí)間5s）造成的風(fēng)電場升壓站母線電壓波動(dòng)幅度為0.22%~-3.61%；漸變風(fēng)（最大幅度為5m/s，時(shí)間5s）造成的風(fēng)電場升壓站母線電壓波動(dòng)幅度為0.51%~-10.8%；風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)時(shí)，風(fēng)電場升壓站母線電壓波動(dòng)幅度最高達(dá)-16%；風(fēng)電機(jī)組突然脫網(wǎng)，母線電壓波動(dòng)幅度最高達(dá)4%GB/Z19963-2005《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》--電壓偏差越限風(fēng)力發(fā)電引起電壓的波動(dòng)

對策：二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓、無功控制功能可適度補(bǔ)償電壓的波動(dòng)，并可降低并網(wǎng)沖擊電流永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可進(jìn)行無功控制，可適度補(bǔ)償電壓的波動(dòng)，可有效降低并網(wǎng)沖擊電流采用儲能裝置是抑制功率和電壓波動(dòng)的有效手段風(fēng)電規(guī)模對電網(wǎng)的影響

二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀——風(fēng)電接入對電網(wǎng)影響風(fēng)電穿透功率極限（windpowerpenetrationlimit）：風(fēng)電78.75MW、大理電網(wǎng)最大負(fù)荷550MW，為14.32%；云南電網(wǎng)最大負(fù)荷為13439MW，為0.58%；風(fēng)電場的短路容量比：大新線的并網(wǎng)點(diǎn)短路電流為14.278kA，短路容量比為2.89%；(歐洲規(guī)定4%-5%)風(fēng)電場容量相對較小，對電網(wǎng)無明顯影響。風(fēng)電接入對云南電網(wǎng)穩(wěn)定的影響

--電科院研究結(jié)論：二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀風(fēng)電的接入不會改變電網(wǎng)原有的機(jī)電振蕩模式，且機(jī)組容量相對較小，對南方電網(wǎng)本身存在的弱阻尼甚至負(fù)阻尼振蕩模式?jīng)]有影響；風(fēng)電機(jī)組在大擾動(dòng)后的阻尼特性能滿足電網(wǎng)的要求，區(qū)域性和區(qū)間性兩個(gè)弱阻尼下的低頻振蕩不會誘發(fā)風(fēng)電機(jī)組發(fā)生該振蕩頻率下的低頻振蕩；大風(fēng)壩和者磨山風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行，不會惡化云南電網(wǎng)的穩(wěn)定性，但風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行后改變了某些輸電線路的潮流方向，設(shè)置線路保護(hù)時(shí)需予以重視。光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀新能源發(fā)電常見形式介紹提綱目前云南電網(wǎng)開展工作介紹新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)展望三、光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀——光伏并網(wǎng)控制技術(shù)典型光伏發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立戶用型（無電人口）（電壓源電壓控制）

并網(wǎng)型（電壓源電流控制）

并網(wǎng)/獨(dú)立型（并網(wǎng)PV＋UPS：電壓源控制切換）三、光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀——光伏并網(wǎng)控制技術(shù)典型光伏發(fā)電系統(tǒng)

獨(dú)立/并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用示意圖三、光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀——光伏并網(wǎng)