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大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對京津唐電網(wǎng)的影響和對策分析二○○九年三月
海南.??诳萍贾伟l(fā)展創(chuàng)新引領(lǐng)未來目錄大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的幾個概念華北電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展情況大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響結(jié)論和建議目錄大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的幾個概念風(fēng)力發(fā)電的特點綠色能源間歇性強(qiáng)、可控性差風(fēng)電機(jī)組種類多風(fēng)電出力預(yù)測困難,調(diào)度難度大大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的幾個概念風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類轉(zhuǎn)軸的方向:水平軸、垂直軸;轉(zhuǎn)速控制:定速、變速;功率控制:定槳距、變槳距;是否與電網(wǎng)同步:異步、同步。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的幾個概念風(fēng)機(jī)類型及特性失速型異步風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用效率低;結(jié)構(gòu)簡單、成本低;功率可控性差,任何時候均吸收無功。雙饋異步風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)成本及維護(hù)費(fèi)用高;風(fēng)機(jī)可以進(jìn)行一定容量的無功功率控制和有功功率控制,電氣相對復(fù)雜;直驅(qū)同步風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用率高;風(fēng)機(jī)成本高;實現(xiàn)全功率范圍柔性控制,可控能力強(qiáng);大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的幾個概念風(fēng)電場內(nèi)部典型電氣接線大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的幾個概念風(fēng)電是常規(guī)能源的有益補(bǔ)充,在儲能技術(shù)研究尚未取得突破進(jìn)展的前提下,無法取代常規(guī)能源成為主要的電源形式。風(fēng)電裝機(jī)是否可以計入平衡?出力預(yù)測準(zhǔn)確度/風(fēng)力發(fā)電的可信度/特定的電網(wǎng)運(yùn)營模式從調(diào)整能源結(jié)構(gòu)角度來講,應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)“風(fēng)電發(fā)電量在總用電量中的比重”而非風(fēng)電裝機(jī)占比或風(fēng)電出力占比——從環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和安全角度都不應(yīng)過度強(qiáng)調(diào)風(fēng)力發(fā)電的“全額收購”。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的幾個概念從提高風(fēng)力發(fā)電比重而言,電源和電網(wǎng)應(yīng)共同采取措施提高風(fēng)力發(fā)電在能源消費(fèi)中的占比。增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組的可觀可控性/提高電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性關(guān)于風(fēng)電出力的同時率地域分布的差異對于風(fēng)電基地出力的同時率影響差異很大。國內(nèi)外風(fēng)電并網(wǎng)方式的差異并網(wǎng)方式/電源結(jié)構(gòu)的差異目錄京津唐電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展情況電網(wǎng)概況京津唐電網(wǎng)風(fēng)電場運(yùn)行情況京津唐電網(wǎng)風(fēng)電規(guī)劃情況華北電網(wǎng)公司風(fēng)電并網(wǎng)的相關(guān)工作情況華北電網(wǎng)概況
華北電網(wǎng)總裝機(jī)1.12億千瓦,其中火電裝機(jī)11701萬千瓦,占98%,水電裝機(jī)253萬千瓦,占2%。風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)蒙地區(qū)、京津唐電網(wǎng)的張家口和承德地區(qū)、東部沿海地區(qū)均有發(fā)展。京津唐電網(wǎng)風(fēng)電主要集中在張家口和承德地區(qū)。目前風(fēng)電裝機(jī)63萬千瓦,占裝機(jī)總?cè)萘康?.5%?,F(xiàn)有風(fēng)電場主要接入各地區(qū)低壓配電網(wǎng),以就地消納為主。京津唐電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展情況京津唐地區(qū)風(fēng)電分布情況京津唐地區(qū)風(fēng)電主要集中在張家口和承德地區(qū);目前京津唐電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場共630MW;張家口裝機(jī)容量475.8MW;承德裝機(jī)容量104.7MW;北京裝機(jī)容量49.5MW;其中異步風(fēng)機(jī)占45%,雙饋風(fēng)機(jī)占46%,直驅(qū)風(fēng)機(jī)占9%。京津唐電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展情況張家口、承德的壩上地區(qū)具有大致相同的氣象條件。風(fēng)電場機(jī)組年利用小時數(shù)約在2100-2400小時之間,每年九月至次年5月風(fēng)資源較好,夏季最差。京津唐電網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組早期以異步風(fēng)機(jī)為主,目前以雙饋風(fēng)機(jī)為主,少數(shù)風(fēng)電場采用直驅(qū)風(fēng)機(jī)。由于風(fēng)電隨機(jī)性、間歇性強(qiáng),可控能力差,導(dǎo)致風(fēng)電可調(diào)度性差,只能調(diào)度最大發(fā)電出力。京津唐運(yùn)行風(fēng)電場特點京津唐電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展情況京津唐電網(wǎng)風(fēng)電規(guī)劃情況2009年京津唐電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到150-200萬千瓦;2010年將達(dá)到350-400萬千瓦,目前京津唐電網(wǎng)已經(jīng)開展獲得路條的風(fēng)電場總規(guī)模800萬千瓦。張北地區(qū)115萬千瓦的風(fēng)電特許權(quán)項目經(jīng)220kV匯集站匯集后通過220kV線路接入沽源站220kV側(cè),將風(fēng)電并入華北500kV系統(tǒng)送出;張北地區(qū)其他風(fēng)電在地區(qū)電網(wǎng)中消納。承德地區(qū)風(fēng)電分別通過220千伏御道口開閉站和木蘭變電站送出;張家口第二個百萬千瓦風(fēng)電基地、承德百萬千瓦風(fēng)電基地和河北省千萬千瓦風(fēng)電基地已經(jīng)開始開展前期工作。京津唐電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展情況張家口壩上百萬風(fēng)電場規(guī)劃察北
康保
尚義
國投康保牧場風(fēng)電場100MW
山東魯能康保屯墾風(fēng)電場100MW國華能源尚義七甲山風(fēng)電場200MW龍源尚義風(fēng)電場150MW中節(jié)能張北綠腦包風(fēng)電場100MW中水顧問張北壩頭風(fēng)電場100MW河北建投沽源東辛營風(fēng)電場200MW華電沽源大腦包風(fēng)電場100MW中廣核察北白塔風(fēng)電場100MW
36km24km69km76km11km28km63km38km33km20km10km94km京津唐電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展情況承德風(fēng)電場規(guī)劃京津唐電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展情況京津唐電網(wǎng)風(fēng)電規(guī)劃情況根據(jù)相關(guān)研究成果,受系統(tǒng)調(diào)峰能力限制,京津唐電網(wǎng)2010年可接受風(fēng)電容量為144~176萬千瓦。上述計劃投產(chǎn)的風(fēng)電項目裝機(jī)容量已經(jīng)大大超出了京津唐電網(wǎng)的接受能力。如若都投產(chǎn),在風(fēng)力大發(fā)時,出于電網(wǎng)安全需要,需限制風(fēng)電場部分出力。
京津唐電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展情況華北電網(wǎng)公司風(fēng)電并網(wǎng)的相關(guān)工作情況2006年6月,與中國電科院合作開展“京津唐電網(wǎng)風(fēng)電接入能力及并網(wǎng)運(yùn)行研究”工作。2006年,組織編制《張家口壩上百萬千瓦級風(fēng)電基地輸電系統(tǒng)規(guī)劃》、《承德地區(qū)百萬千瓦級風(fēng)電基地輸電系統(tǒng)規(guī)劃》。2007年,完成《風(fēng)力發(fā)電價格機(jī)制研究報告》。2007年,完成《歐洲風(fēng)電發(fā)展情況》的翻譯工作。2008年,完成了《加州獨立運(yùn)營商可再生能源入網(wǎng)輸電、運(yùn)行問題和建議研究》的翻譯工作。2008年,華北電網(wǎng)公司制定了《華北電網(wǎng)風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》。2008-2009年,進(jìn)一步開展風(fēng)電場運(yùn)行管理研究。2008-2009年,開展風(fēng)電場現(xiàn)場試驗和并網(wǎng)安全性評價工作;進(jìn)一步開展風(fēng)機(jī)及調(diào)節(jié)器建模工作,開展仿真計算。
配合國家電網(wǎng)公司開展張家口第二個百萬千瓦風(fēng)電基地、承德百萬千瓦風(fēng)電基地和河北省千萬千瓦風(fēng)電基地的輸電方案研究華北電網(wǎng)公司風(fēng)電并網(wǎng)的相關(guān)工作情況今后風(fēng)電并網(wǎng)的科技研究方向風(fēng)電場管理的技術(shù)支持手段研究(含出力預(yù)測);風(fēng)電并網(wǎng)輔助服務(wù)市場研究;風(fēng)電集中外送對電網(wǎng)安全影響(無功、穩(wěn)定)專題研究;風(fēng)電接入后暫態(tài)穩(wěn)定仿真及安全穩(wěn)定措施的制定;風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)研究(輕型直流等);風(fēng)電場相關(guān)技術(shù)(微電網(wǎng)技術(shù)、儲能技術(shù))研究;機(jī)組選型及功能配置的研究。華北電網(wǎng)公司風(fēng)電并網(wǎng)的相關(guān)工作情況目錄大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響調(diào)峰調(diào)頻容量影響和對策系統(tǒng)無功電壓影響和對策分析電能質(zhì)量影響和對策分析調(diào)峰調(diào)頻容量影響和對策
風(fēng)電機(jī)組基本不調(diào)峰,增大了電網(wǎng)調(diào)峰的難度,對電網(wǎng)調(diào)峰容量提出了更大的需求。要提高電網(wǎng)接入風(fēng)電的能力,可以考慮從以下幾個方面提高電網(wǎng)的備用容量:調(diào)整電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu),改進(jìn)電網(wǎng)負(fù)荷平衡能力,增加抽水蓄能和燃?xì)鈾C(jī)組的比重,新建機(jī)組必須能夠在更低的負(fù)載率下穩(wěn)定運(yùn)行,具有更大的調(diào)節(jié)幅度,從而增加電網(wǎng)的調(diào)峰備用容量。加強(qiáng)風(fēng)電場出力預(yù)測,提高風(fēng)電場處理預(yù)測的精度和準(zhǔn)確度。
電網(wǎng)調(diào)節(jié)速度影響和對策并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組切入、切出電網(wǎng)時需要對原有的機(jī)組出力調(diào)整計劃進(jìn)行修正,以適應(yīng)風(fēng)電出力的變化。這就要求這些常規(guī)電源的調(diào)節(jié)速度必須與風(fēng)電場的切入、切出和出力變化速度相協(xié)調(diào)。一是風(fēng)電機(jī)組隨風(fēng)力變化正常的增減發(fā)電出力,在負(fù)荷低谷時段大量風(fēng)電機(jī)組集中切入電網(wǎng),給電網(wǎng)帶來的急劇的出力余額。一是負(fù)荷快速上升時段大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組同時失速脫網(wǎng)一是在風(fēng)電大發(fā)時段,風(fēng)力超過極限風(fēng)速導(dǎo)致風(fēng)電場大量風(fēng)機(jī)同時失速脫網(wǎng),給電網(wǎng)帶來的急劇的出力缺額。是在這兩種對電網(wǎng)調(diào)節(jié)速度要求最大的兩種運(yùn)行工況下,電網(wǎng)中具有調(diào)節(jié)能力的發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)速度必須與該電網(wǎng)全部風(fēng)電出力的切入、切出速度即風(fēng)電場的最大功率變化率相協(xié)調(diào)。電網(wǎng)調(diào)節(jié)速度影響和對策要提高電網(wǎng)接入風(fēng)電的能力,必須使風(fēng)電場的最大功率變化率和極限風(fēng)速下風(fēng)電機(jī)組的切出速度必須與常規(guī)機(jī)組的調(diào)節(jié)速度相協(xié)調(diào)??梢钥紤]從以下幾個方面提高兩者的協(xié)調(diào)性:新建機(jī)組必須具有更大的靈活性,以適應(yīng)更快速的啟動和關(guān)停;必須具有更快的爬坡速率能力和調(diào)節(jié)能力。風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計必須充分考慮這個因素,對風(fēng)電機(jī)組的最大功率變化率和極限風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的切出速度進(jìn)行控制,對風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,以適應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)速度,從而增加電網(wǎng)接受風(fēng)電能力。必要時,需要對風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行控制,特別是當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷水平降至最低。對于固定容量的無功補(bǔ)償,風(fēng)電場出力不斷增加過程中,系統(tǒng)中風(fēng)電場并網(wǎng)點沽源220kV母線電壓迅速降低,因此需要相應(yīng)增加更多的容性無功補(bǔ)償。系統(tǒng)無功電壓影響和對策分析
考慮到風(fēng)電機(jī)組的利用小時數(shù)較低,風(fēng)電場的送出線路大多是按線路的熱穩(wěn)極限設(shè)計的。在風(fēng)電滿發(fā)時段,線路潮流均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過線路的自然功率,線路所消耗的無功功率往往呈級數(shù)遞增。對于大規(guī)模集中送出的風(fēng)電場群的電壓控制和無功補(bǔ)償容量的選擇必須考慮兩種情況。當(dāng)無風(fēng)時,整個風(fēng)電基地送出系統(tǒng)輕載,輸電線路充電功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)需要,送出系統(tǒng)呈容性,需要安裝一定數(shù)量的感性無功補(bǔ)償容量。風(fēng)電大發(fā)時,整個風(fēng)電場送出系統(tǒng)重載,系統(tǒng)需要大量的容性無功補(bǔ)償容量來補(bǔ)償風(fēng)電場變壓器和送出重載線路的無功需求,支撐系統(tǒng)電壓。一些風(fēng)電機(jī)組通過調(diào)整本身調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)具備一定的電壓調(diào)節(jié)能力,這種調(diào)節(jié)能力在上述兩種情況下可以作為風(fēng)電場的無功補(bǔ)償容量來看待,但是在大量風(fēng)電場集中切入電網(wǎng)時,風(fēng)電機(jī)組本身的這種調(diào)節(jié)特性無法支撐風(fēng)電機(jī)組建立磁場,是不能作為風(fēng)電場無功補(bǔ)償容量來對待的。系統(tǒng)無功電壓影響和對策分析低電壓穿越能力(LVRT)是指風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點電壓跌落的時候,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”這個低電壓時間。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,對滿足地方安全供電起到重要作用,考慮到國外風(fēng)電大多是分散接入電網(wǎng),配備低電壓穿越組件能夠在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時,能夠盡可能的保持小地區(qū)內(nèi)風(fēng)電電源的存在,從而保持地區(qū)電網(wǎng)的供電。系統(tǒng)無功電壓影響和對策分析對于風(fēng)電機(jī)組是否需要具備低電壓穿越功能,不應(yīng)一概而論,應(yīng)分不同情況區(qū)別對待。對于類似承德風(fēng)電基地分散接入地區(qū)低壓配電網(wǎng)的風(fēng)電場,風(fēng)電機(jī)組具備低電壓穿越能力有助于故障情況下保持地區(qū)供電,應(yīng)考慮具備低電壓穿越能力;對于張家口風(fēng)電基地通過高壓輸電通道集中外送(或風(fēng)-火聯(lián)合送出)的風(fēng)電場,在嚴(yán)重故障下具備低電壓穿越能力的風(fēng)電機(jī)組的不穩(wěn)定運(yùn)行可能會給整個送出系統(tǒng)帶來穩(wěn)定問題,應(yīng)盡快將風(fēng)電場從系統(tǒng)中解列,因此不必具備低電壓穿越功能。系統(tǒng)無功電壓影響和對策分析風(fēng)電機(jī)組的輸出功率具有波動性,除了風(fēng)速的自然波動特性外,風(fēng)電機(jī)組自身的一些固有特性也是引起其輸出功率波動的原因。風(fēng)電場的功率波動容易造成系統(tǒng)的電壓波動和閃變。雙饋變速風(fēng)電機(jī)組在連續(xù)運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一定的諧波,有可能對其所接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成影響。
電能質(zhì)量影響和對策分析研究表明:風(fēng)電場接入對電網(wǎng)公用連接點的諧波往往影響不大,滿足國標(biāo)要求;對公共連接點的長、短時電壓閃變也可以滿足國標(biāo)要求;對公共連接點的電壓波動影響較大,往往超過國標(biāo)要求。因此要求風(fēng)電場裝設(shè)快速無功補(bǔ)償設(shè)備。電能質(zhì)量影響和對策分析目錄結(jié)論和相關(guān)建議大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響主要反映在需要增加額外的調(diào)節(jié)容量,并對機(jī)組的調(diào)節(jié)速度有更苛刻的要求;通過調(diào)整電源結(jié)構(gòu)、增加調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)速度更強(qiáng)的機(jī)組比例,加強(qiáng)風(fēng)電場出力預(yù)測的準(zhǔn)確性,改善風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性,可以有
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