风电并网技术规定讲座(1).ppt
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1、,讲座人:李冰寒,风电并网技术规定讲座,年2月,讲 座 内 容,风机主要类型及制造水平概况,全国及陕西风电发展概况,接入系统设计及内容深度规定,风电场接入电网技术规定,全国及陕西风电发展概况,我国风电资源分布,2023/2/22,4,截至2008年底,我国风电机组吊装容量达到1217万kW,居世界第四位,其中并网风电容量894万kW。预计我国2020年风电装机容量将达到或超过1.5亿千瓦,在风能资源丰富地区将建设7个千万千瓦级风电基地。,2023/2/22,5,2023/2/22,6,甘肃技术可开发量4000万kW,宁夏技术可开发量356万kW,新疆风能储量全国第二,技术可开发量2.34亿kW
2、,陕西技术可开发量70万kW,2009年7月底西北电网风电装机水平及发电量情况,2023/2/22,7,西北地区风电开发设想 单位:万kW,陕西平均风速分布色斑图,2023/2/22,8,陕西风电资源分布,风机主要类型及制造水平概况,风力发电机组,目前大型风力发电机组一般有两种类型。一种是采用异步电机的固定转速风电机组,另一种是采用双馈电机或通过变频器并网的变速风电机组。固定转速风电机组发出有功的同时吸收无功功率,不具备调压能力;通过变频器并网的变速风电机组不具备发无功能力,但通过调节变频器补偿设备,可以使并网时功率因数达到很高水平。变速恒频风电机组具备调压能力,在发出有功功率的同时可以发出无
3、功功率,并可根据系统需要在一定范围内调节无功输出,但从目前国内安装的变速恒频风电机组情况来看,大部分没有应用调压功能,运行中保持机端功率因数为1.0。,2023/2/22,11,2023/2/22,12,不同类型的风机,水平轴风机,垂直轴风机,永磁直驱型风机,固定转速风力发电机组,2023/2/22,13,变速双馈风力发电机组,2023/2/22,14,变速直驱风力发电机组,2023/2/22,15,双馈机型的优、缺点优点:气动效率高,机械应力小,功率波动小功率变换设备成本低缺点:电机滑环、齿轮箱等设备维护量大直驱型机组优、缺点优点:不需要齿轮箱,维护量小永磁同步机组效率高缺点:全功率变流器,
4、成本高,2023/2/22,16,我国风机制造水平,我国自主制造的600kW、750kW和1MW、1.5MW、2MW风电机组分别于1997年、2003年、2005年和2006投入运行。1.5MW单机容量的变浆变速风电机组成为近期市场主流机。2007年,国内企业推出2MW的风电机组样机,2008年开始研制3MW及以上的风电机组。我国研制和生产兆瓦级的风电机组企业大约有50多家,其中国有企业27家,民营企业23家,合资企业8家。已具备大批量生产能力的国有整机制造商只有5家厂商的8个机型,除金风公司变桨变速(直驱)1500Kw/70m/77m风电机组是通过消化吸收自主设计生产之外,其他均为购买技术许
5、可证或引进国外技术生产,没有自主知识产权。其他制造商的产品均处于引进、研发、试制样机或小批量生产阶段。,2023/2/22,17,现已大批量生产的国有风电机组制造企业基本情况一览表,2023/2/22,18,风电机组选型建议,考虑到风电场应具有有功输出调节能力等要求,兼顾国际风电技术水平不断提升的状况。建议:风电机组宜选择变桨变速恒频风电机组,推荐选用兆瓦级永磁直驱同步、半直驱或双馈异步机组,从技术方面考虑容量较小的永磁直驱同步、半直驱或双馈异步机组也可以使用;原则上新建项目不允许采用固定转速风电机组。,风电场接入电网技术规定,风 电场技术规定内容,风电场有功功率,风电场无功功率,风电场电压,
6、风电场运行频率,风电场模型和参数,风电场通信和信号,风电场功率预测,风电场电压,风电场低电压穿越,风电场接入电网测试,风电场电能质量,1 范围,本技术规定主要目的是为了弥补大规模风电接入系统技术规范缺失的矛盾,规范我国大规模风电并网的技术管理。我国现有风电容量在电源中的比例达到一定规模,本技术规定主要针对接入110kV(66kV)及以上电压等级的风电场。对于目前尚不具备低电压穿越能力等技术要求且已投运的风电场,应根据实际情况,在改建工作参照本规定执行。2 规范性引用文件(略),)本标准适用于通过110(66)千伏及以上电压等级线路接入电网的新建或扩建风电场。2)通过其他电压等级接入电网的风电场
7、,可参照本规定。,3 术语和定义,3.1 风电场并网点 风电场升压站高压侧母线或节点。3.2 公共连接点用户接入公用电网的连接处。行标:风电场并网点和电网连接的第一落点。,3 术语和定义,3.3风电场有功功率 3.4风电场无功功率 3.5风电机组低电压穿越 当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时,在一定电压跌落的范围内,风电机组能够保证不脱网连续运行。,4 风电场有功功率,4.1基本要求 风电场具有功功率调节能力,能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对风电场有功功率的控制,风电场需安装有功功率控制系统,能够接收并自动执行调度部门远方发送的有功出力控制信号,确保风电场最大输出
8、功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。4.2有功功率变化限值,行标:宜控制风电场每分钟有功功率变化率不超过2%5%。在风电场并网以及风速增长过程中,风电场功率变化率应当满足此要求。这也适用于风电场的正常停机,但可以接受因风速降低(或超出最大风速)而引起的超出最大变化率的情况。,4 风电场有功功率,4.3紧急控制 在电网紧急情况下,风电场应根据电网调度部门的指令来控制其输出的有功功率,并保证风电场有功控制系统的快速性和可靠性。1、电网故障或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率,以防止输电设备发生过载,确保电力系统稳定性。2、当电网频率高于50.5(50.2)Hz时,依据电网调度部门指令降低
9、风电场有功功率,严重情况下可以切除整个风电场。3、在事故情况下,若风电场的运行危及电网安全稳定,电网调度部门有权暂时将风电场解列。事故处理完毕,电网恢复正常运行状态后,应尽快恢复风电场的并网运行。,5 风电场功率预测(新),1)风电场应建立风电功率预报系统,系统具有2448小时短期风功率预测和15分钟4小时超短期风功率预测功能。2)风电场预报系统建设要求如下:向电网调度部门滚动上报未来15分钟4小时风电场发电功率预测曲线(15分钟分辨率)。按规定时间上报次日024小时发电功率预测曲线(15分钟分辨率)。,行标:建立风电出力预测曲线,包含风电场出力、风电场出力变化的速率(分钟级);并提出 预测误
10、差不大于30,以及准确率的要求。,6 风电场无功功率,行标:1)风电场应具备协调控制机组无功和无功补偿装置的能力,配置无功电压控制系统,能够自动快速调整无功总功率,在公共电网电压处于正常范围内时,能控制并网点电压在额定电压的37。必要时,可集中加装动态无功补偿。2)风电场无功容量应按照分层分区基本平衡的原则进行配置,风电场需配置的无功容量范围在满足上述要求下,通过风电场接入电网专题研究来确定。,6.1 无功电源 1、风电场的无功电源包括风电机组和风电场的无功补偿装置。2、风电场首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力,仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的,在风电场集中加装无功补偿
11、装置。6.2 无功容量(新)1、风电场的无功容量应按照分层分区基本平衡的原则进行配置和运行,并具有自动、灵活的无功调节能力与检修备用。2、对于直接接入公共电网的风电场,其配置的无功容量能够补偿并网点以下汇集系统及主变压器的无功损耗外,还要能够补偿风电场满发时送出线路一半的无功损耗;其配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路一半的充电功率。,6 风电场无功功率,6.2 无功容量(新)3、对于通过220kV(或330kV)汇集系统升压至500kV(或750kV)电压等级接入公共电网的风电场群,其风电场配置的容性无功容量除能够并网点以下风电场汇集系统及主变无功损耗外,还要能够补偿风电场满发时送出线路
12、的全部无功损耗;其风电场配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路的全部充电功率。4、风电场无功配置与电网强度、送出线路长度和装机规模密切相关,风电场的无功配置宜结合每个风电场的实际接入情况专题研究确定。,7 风电场电压,7.1 电压运行范围(新)当风电场并网点的电压偏差在其额定电压的1010之间时,风电场内的风电机组应能正常运行。当风电场并网点电压偏差超过10时,风电场的运行状态由风电场所选用风电机组的性能确定。7.2 电压控制要求1、风电场应配置无功电压控制系统;根据电网调度部门指令,风电场通过其无功电压控制系统自动调节整个风电场发出(或吸收)的无功功率,实现对并网点电压的控制,其调节速度应
13、能满足电网电压调节的要求。2、当公共电网电压处于正常范围时,风电场应当能够控制风电场并网点电压在额定电压的97107范围内。3、风电场变电站的主变压器应采用有载调压变压器。风电场具有通过调整变电站主变分接头控制场内电压的能力,确保场内风电机组在条款7.1所规定的条件下能够正常运行。,依据:GB/T 12325-2008电能质量 供电电压偏差,提出当风电场并网点的电压偏差在1010之间时,风电场内的风电机组应能正常运行。,8 风电场(机组)低电压穿越,提出的原因 如果并网的风电机组不具备低电压穿越能力,电网故障时风电机组的大规模脱网将导致系统频率的大幅波动。在事故状态下,电网需要强有力的电源支撑
14、,但是目前的风电机组出于保护自身的需要会提前退出运行,使电网承受第二次冲击,导致事故扩大。比如:吉林电网曾经发生过在相邻线路故障时,风电机组由于并网点电压瞬时降低后大规模脱网,造成系统频率大幅度波动的情况。2008年4月9日,吉林省白城地区为大风、小雨天气,5:07白城变66kV相间故障,开关三相跳闸且重合成功。此次线路故障导致同发风电场(出力223MW)及大唐洮南风电场(出力55MW)风机全部脱网。省调联络线ACE越限,由-100MW越变为-300MW。洮南变、同发升压站电压越限(洮南变244Kv、同发249Kv)。,8 风电场(机组)低电压穿越,提出的原因 2009年3月13日17:30左
15、右,吉林省同发风电场出力的波动较大,在出力为350MW时,由于风场的无功补偿容量不能满足如此大容量的有功传输,导致220kV母线电压下降到209kV,风电场风机低电压保护动作,风电机组全部脱网(见图),对系统造成圈套的冲击。,8 风电场(机组)低电压穿越,8.1 基本要求 下图为对风电场的低电压穿越要求。风电场并网点三相电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时,场内风电机组必须保证不脱网连续运行;并网点电压只要有一相低于或部分低于图中电压轮廓线时,场内风电机组允许从电网切出。,与国外风电关键技术要求的比较,德国低电压穿越标准,表4 英国可再生能源义务发电的比例,德国:系统在故障时发生三相短路故障,
16、超出界线1以上的区域,风电场不能脱网,且需要保持稳定运行。超出界线2以上的区域,风电场需要与电网运营商协商来决定。同时,在电压发生跌落时,风电场必须具备一定的无功支撑能力。,丹麦低电压穿越标准,表4 英国可再生能源义务发电的比例,丹麦:双重电压降落特性是丹麦并网要求的一部分,它要求两相短路100ms后间隔300ms再发生一次新的100ms短路时不发生切机。单相短路100ms后间隔1s再发生一次新的100ms电压降落时要求也不发生切机。在电压恢复到0.9pu后,应在不迟于10s内满足与电网的无功功率交换要求。,与国外风电关键技术要求的比较,表4 英国可再生能源义务发电的比例,美国:电网电压跌落深
17、度为15%额定电压时,风机能够保持625ms不脱网,电压恢复至90%额定电压的时间要求是在3s以内。,英国:在电网发生故障期间,处于曲线上方时,风电场不能有机组跳闸。,与国外风电关键技术要求的比较,美英低电压穿越标准,8 风电场(机组)低电压穿越,8.2 有功恢复 对故障期间没有切出电网的风电场,其有功功率在故障切除后快速恢复,以至少10额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。8.3 低电压穿越改造 对于目前尚不具备低电压穿越能力且已投运的风电场,应根据电网实际情况,按调度要求在规定时间内积极开展改造工作,以具备低电压穿越能力。,9 风电场运行频率,风电场可以在下表所示电网频率偏差下运行:,
18、行标:1、系统频率变化在49.5Hz到50.5Hz范围内时,所有风电机组必须能够连续运行。2、频率低于47.5Hz时,根据风电场内风电机组允许运行的最低频率而定。3、系统频率变化在到47.5Hz到49.5范围内时,要求至少能运行10分钟。4、系统频率变化在到50.5Hz到51Hz范围内时,可限功率运行。,风电机组频率要求与国外对比,企标:频率范围要求48Hz50.2Hz。行标:频率范围要求47.5Hz51Hz。德国标准频率范围要求47.5Hz51.5Hz。丹麦标准频率范围要求47Hz52Hz。英国标准频率范围要求47.5Hz55Hz。,10 风电场电能质量,风电场并网点的电能质量指标的要求限值
19、,参考了国家电能质量标准对电网公共连接点的要求限值。如果风电场供电区域内存在对电能质量有特殊要求的重要用户,可提高对风电场电能质量的相关要求。10.1 电压偏差 风电场接入电力系统后,并网点的电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10,一般应为额定电压的37。限值也可由电网运营企业和风电场开发运营企业根据电网特点、风电场位置及规模等共同确定。10.2 电压变动 风电场在并网点(原为公共连接点)引起的电压变动d()应满足下表要求,10 风电场电能质量,10.3 闪变 风电场所接入的并网点(原为公共连接点)的闪变干扰值应满足GB 123262008电能质量 电压波动和闪变的要求,其中风电场引起
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