中国风电并网状况及风电规模化发展对电网的要求 .ppt
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1、中国风电并网状况及风电规模化,发展对电网的要求,中国电力科学研究院新能源研究所,20100731,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,2,目录,第一部分 国内外风电发展状况,第二部分 风力发电的特点,第三部分 目前风电并网的研究情况,第四部分 风电规模化发展对电网(*)的要求,*即电力系统,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,3,第一部分 国内外风电发展状况,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,4,第一部
2、分 国内外风电发展状况中国的风电装机(吊装)容量,年份中国电源总装机容量(MW)中国风电总装机容量(MW)中国的风电装机比例(%),2002356,570445.00.13,2003391,410568.40.15,2004440,000763.80.17,2005500,0001260.00.25,2006600,0002560.00.43,2007713,2906050.00.84,2008790,0001215.3(8940.0)1.13,2009874,0702268(1613.0)1.84,世界风电总装机容量,31,000,40,300,47,317,59,004,73,904,93
3、,849,121,188,159,213,(MW),中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,数据来源:中国电力企业联合会/WWEA(WorldWind Energy Association),5,第一部分 国内外风电发展状况2009年按风电累计装机容量世界前十个国家的情况,MW,%,丹麦2%葡萄牙2%英国2%法国3%意大利3%,印度7%,其它18%西班牙12%,中国14%,美国21%,德国16%,美国德国中国西班牙印度意大利法国英国葡萄牙丹麦其他,35.15925.777*22.6819.14910.9254.854.5214.0923
4、.5353.49730.311,2116141273322218,前十名总计全球总计,133.423159.213,82100.0,*WWEA中国原风电装机容量为26,000MW,排在德国之前,中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,资料来源:WWEA(World Wind Energy Association),世界风,风电累计装机容,容量(MW),中国风,风电累计装机容,容量(MW),0,0,6,第一部分 国内外风电发展状况世界和中国风电发展速度,140,000120,000,1400012000,100,000,十年年均增长31.
5、8%,10000,十年年均增长70%,80,00060,00040,00020,000,1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008年份世界风电装机,8000600040002000,1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008年份中国风电装机,中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,7,第一部分 国内外风电发展状况我国风电发展规划2002年国家发改委提出的风电发展目标(黑字),年份,200
6、5,2010,2015,2020,20,000,装机(MW),1,000(实现1,056),5,000,10,000,(30,000)(80,000,150,000)中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,8,第一部分 国内外风电发展状况,中国风能资源分布图,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,9,第一部分 国内外风电发展状况七个千万千瓦风电基地Northeast power grid东北电网Northwest power grid西北电网North China power
7、 grid华北电网,Tibet 西藏,Central China power grid华中电网South China power grid南方电网,East China power grid华东电网Taiwan,台湾中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,10,第一部分 国内外风电发展状况,七个千万千瓦基地的开发目标(2020年为1.4亿千瓦),中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,11,第一部分 国内外风电发展状况,中国电网分布情况,Northeast,Xinjiang,N
8、orth,500kV330kV220kVThermal,Tibet,North westSichuan,Central,East,PlantHydroPlant,NuclearPlant,中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,South,12,第二部分 风力发电的特点,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,13,第二部分 风力发电的特点,电力系统组成,意义,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,14,2.风电的特
9、性,发电类型输出功率,火电和水电可调度,风力发电间歇性不能按计划发电,调度困难,同步发电机,一般发电厂 采用多种发电机技术;,发电机种类,包含数台或十几台机组 变速风电机组采用电力电子控制技术;大型风电场包含数百台机组;,暂态响应特性,有电压支撑能力,需保持同步运行,易发生暂态稳定问题,不同类型的风电机组在故障时的暂态响应特性不同,运行特性取决于,发电机组和励磁系统的 风电机群的特性和协调全部风电机群运特性 行的风电场综合控制系统,中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,15,第二部分 风力发电的特点电力系统调频调节50.0Hz,发电,
10、50.2,49.8,用电,常规电源,电网风电中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,用电负荷,The Reactive,Power Tank,16,电力系统电压调节,并电容器组,电压水平,充电无功发电机无功调相机无功邻网进无功风电吸无功,无功功率容器(可视为电网中的一个电压层、一个区域块或一条母线等等),负荷无功线损无功变损无功,并电抗器组入邻网无功风电引起的无功电压问题是由于风电机组无功调节能力风电场升压变及送出线路高出力水平吸收无功中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,风速
11、(m/s),(,风向(),风,的,特性,17,第二部分 风力发电的特点风速、风向的随机变化,1210,70m高的风速10m高的风速,360300,864200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24时间(h)风速日变化,2401801206000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24时间(h)风向日变化,中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,18,风电季节性变化特
12、点(月平均值),2008 年 宁夏2010 年 西北地区,西北地区,春季风大,夏季风小。为了平衡风电出力波动,需对电网发电计划进行调整。夏季水电多调峰能力,强;而冬季水电少调峰能力弱,在冬季或春季风电水平高时对调度的压力大。中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,19,日等效负荷曲线,两个典型日中,风电注入导致等效负荷的峰谷差变大,需要常规电源有更大,的有功功率调节能力。,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,20,2010年西北地区,风电注入增大了等效负荷峰谷差情况的概率为
13、60。,风电注入降低了等效负荷峰谷差情况的概率为40。,风电接入电网给系统调度运行带来了压力。,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,95,10,0,10,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,21,第二部分 风力发电场的特点,甘肃风电出力概率分布,30,25,20,15,10,5,0,小出力(低于总装机容量的5%)的概率接近25%,大出力(超过总装机容量的95%)的概率接近4%。,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH
14、INSTITUTE,22,第三部分 目前风电并网的研究情况,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,23,第三部分 目前风电并网的研究情况,对调峰调频能力的影响对稳定性影响,风电对电力系统的影响,对无功功率平衡与电压水平的影响对电能质量的影响,中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,24,第三部分 目前风电并网的研究情况,以风电对无功功率平衡与电压水平的影响为例,影响的程度取决于,风电场输出的有功功率,风电场的无功特性(功率因数),风电输出线路的阻抗,被接电网的情况(含电源结构
15、),中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,25,第三部分 目前风电并网的研究情况,案例1 吉林电网风电装机400MW,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,26,第三部分 目前风电并网的研究情况,案例1 吉林电网风电装机400MW,并网点电压,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,27,第三部分 目前风电并网的研究情况,案例1 吉林电网风电装机400MW,基于感应发电机的风电机组不具备无功调节能力,风电机组在连
16、续运行时吸收大量的无功,造成电压稳定性降低。,基于双馈感应发电机的风电机组具备无功调节能力,可以通过PWM变频器控制系统吸收或发出无功功率。,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,28,第三部分 目前风电并网的研究情况,案例2 400MW 风电接入对甘肃玉门电网的影响,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,29,第三部分 目前风电并网的研究情况,案例2 400MW 风电接入对甘肃玉门电网的影响,风速变化引起电压变化(无SVC),中国电力科学研究院,CHINA ELECTR
17、IC POWER RESEARCH INSTITUTE,30,第三部分 目前风电并网的研究情况,案例2 400MW 风电接入对甘肃玉门电网的影响,风速变化引起电压变化(60Mvar SVC),中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,安西,279,31,第三部分 目前风电并网的研究情况,案例3,酒泉大规模风电对西北电网(750等级)电压影响至哈密玉门风电1110MW(Yumen WP)酒泉甘肃电网750规划网架结构Planning 750kV grid,安西风电,372,configuration of Gansu金昌,4050MW(A
18、nxi WP),至西宁,194,永登,至白银,中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,32,第三部分 目前风电并网的研究情况,案例3,酒泉大规模风电对西北电网(750等级)电压影响考虑固定串补方案。若西北750系统采用固定高抗,甘肃风电总 出 力 超 200 万,750kV系统电压越下限,超260万时,出现电压崩溃。5160MW风电接入对甘肃电网的影响中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,33,第三部分 目前风电并网的研究情况,案例3,酒泉大规模风电对西北750KV电网电压的影
19、响考虑固定串补方案。西北750KV系统采用可控高抗,不同风电出 力 情 况 下 由 于 750系统电压发生变化,采用高抗随电压的投切 策 略 控 制 750 系 统电 压,风 电 可 在 400万范围内运行,电压可保证。中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,DIgSILENT,0.98,0.81,34,第三部分 目前风电并网的研究情况,1.04,案例3,酒泉大规模风电对西北750KV电网电压的影响1.1即使采用的固定串补和可控高抗,甘肃风电总,0.93,1.0,出力大于400万,若进一,步增大时,电压失稳。0.870.9大规模风电接入
20、运行时,系统调压面临极大压力。,0.754090,4130,4170,4210,4250,4290,0.84090,4130,4170,4210,4250,4290,x-Axis:风电场总出力:MW安西330kV母线:电压(pu)瓜州330:电压(pu)玉门镇330kV母线:电压(pu),x-Axis:风电场总出力:MW安西750kV母线:电压(pu)酒泉750kV母线:电压(pu)金昌750kV母线:电压(pu),中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,35,第四部分 风电规模化发展对电网的要求,中国电力科学研究院,CHINA ELE
21、CTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,36,第四部分 风电规模化发展对电网的要求,1 制定包含风电的省、大区和全国三个层次的电力发展规划,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,37,第四部分 风电规模化发展对电网的要求,2 应用大型风电并网的先进分析工具,针对大型风电接入的电压问题,研究电网与风电场电压控制能力,针对大型风电接入的运行稳定问题,研究风电场低电压穿越问题,增强电网稳定性,针对大型风电接入的电能质量问题,加强电能质量监测和改善,针对大型风电的调度运行问题,应用风电功率预测,协调各类电源的配合,中国
22、电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,38,第四部分 风电规模化发展对电网的要求大型风电并网仿真分析程序仿真工具 Simulation Tools电力系统暂态混合仿真程序 DIgSILENT/PowerFactory电力系统分析综合程序 PSASP电力系统分析软件工具 PSD-BPA电力系统电磁暂态仿真软件 PSCAD/EMTDC,多区域可靠性分析软件中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,MARS,39,第四部分 风电规模化发展对电网的要求,风电场接入系统计算分析,中国电科院新
23、能源所完成了黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、海南、云南、广东电网内共超过100个风电场的接入系统研究。,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,40,第四部分 风电规模化发展对电网的要求吉林通榆400MW特许权风电场接入电网,白洮电网,松原变,中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,41,第四部分 风电规模化发展对电网的要求,2010年吉林白城地区风电接入的稳定问题研究,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,D,DIgS
24、ILENT,42,Without,1.21.1,LVRT,电压(U),1.00.90.80.7,1.58 s1.10 p.u.With LVRT,1.72 s1.06 p.u.,0.60.0,0.5,1.0,1.5,2.0,s,2.5,通榆500:电压(pu)无LVRT通榆500:电压(pu)有LVRT,52.051.050.0,With LVRT,2.29 s49.74 Hz,频率(f),49.048.00.0,0.5,1.0,1.5,2.10 s49.60 Hz,2.0,s,2.5,通榆500:频率(Hz)无LVRT,通榆500:频率(Hz)有LVRT,Without,LVRT中国电力科学
25、研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,43,系统中某节点电压跌落的严重程度与此节点距离故障点的电气距离远近此节点的无功电压支撑能力,风电功率的高低中国电力科学研究院CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,密切相关,44,电网发生电压跌落对风电机组的影响,机械、电气功率的不平衡影响机组稳定运行,暂态过程导致发电机中出现过电流,可能损,坏器件,附加的转矩、应力可能损坏机械部分,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,45,变速风电机组由于变频器对电网故
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