大规模风电并网的研究现状和需要解决的关键问题
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风电新能源并网技术研究摘要:在构建绿色社会的理念指引下,为了减少环境的污染,多数传统能源使用领域逐渐以电力商品来作为第一优先替代能源。
在这种背景下,电力行业的发展就迎来了全新的时期。
风电作为一种生态效益显著的资源开发形式,近年来受到全社会的广泛关注,风电是以自然资源来作为能源转化的一种重要形式,相对于传统的火力发电而言,其生态价值更为显著,十分契合构建绿色社会的发展观。
尽管风电的优势性如此明显,但是风电并网过程中,仍然存在着一定的不足,从而影响了电网的稳定性。
基于此,就需要结合风电发展的趋势,来加强对并网技术的研究与应用工作,从而让风电更好地并网运行,发挥出其生态作用。
关键词:风电工程,新能源,并网技术。
1风电新能源发展现状风能利用技术主要是采用大齿轮的风轮对小密度的风能进行转换,但是现有风轮机对于风能的开发利用程度较低,受各种因素的影响,造成风轮机的效率维持在20%-50%之间。
风的方向和速度具有不确定性和间歇性,电能波动较大,考虑风力机组的本身特性,造成得到的电能具有较大的差异性和波动性。
我国具有丰富的风能资源,但是在对风能资源的利用上却比较受限。
由于资源本身比较丰富且难以储存,造成对于风能的利用成本远高于发电环节的成本,因此在蓄电方面受限,对于电力的运用不充分。
另外,由于电网的不可调度性及风能不可控性,无法对风力风电实现行之有效的调度,与此同时,部分地区缺乏先进的机组设备,造成对电力运用受限,加大了调度的难题。
就目前来看,由于技术受限,因此各地区风能利用率较低,且电网调度困难,影响电力系统的发展。
对此,首先应考虑风电对于电能质量的影响,通常采用异步发电机规避风电单机的影响,直连配电网。
丰富的风电资源距离核心用电区较远,电能的远距离传输会造成谐波污染,使得电压闪变风险系数变大;其次,实现对电网的调度和规划,可以最大化利用现有的风能资源,但是由于风能调峰量具有一定的局限性,制约了对风电的使用率,一旦电网无法实现对功率的有效控制,很容易造成风力注入受阻问题。
水电工程Һ㊀风力发电现状与发展趋势分析聂㊀政摘㊀要:风力发电作为一种清洁的发电方式,在我国已经得以广泛的运用㊂相比于传统的火力放电的方式,风力发电能够节省更多的能源,且投入的成本较低,适用性较强,在我国许多地区都可以运用㊂文章对风电新能源发展与并网技术进行了深入的研究与分析,并提出了一些合理的措施,旨在提高风电新能源的使用质量,更好地结合并网技术,对风电发展中出现的问题进行解决,促进我国风电技术的发展与前进㊂关键词:风力发电;新能源;并网技术;可持续发展一㊁风电新能源的基本特点概述风电作为一种新能源,其工作方式是利用相关的设备将风产生的动能转为成为电能,而风能是一种清洁的㊁可再生的能源,风电近些年来在世界范围内受到各个国家的重视,我国也正在大力开展风电建设㊂从世界范围来看,经过相关的计算表明,世界当前可利用的风能资源储量比水力资源高出10倍左右㊂我国的风能资源也非常丰富,可以供开发和利用的风能储量超过10亿kW,我国目前风电装机超过2亿kW㊂风能是一种具有代表性的无公害㊁可再生的清洁能源,风电在一些水资源匮乏的地区发挥着重要的作用,例如我国的沿海城市㊁草原牧区㊁山地高原等地区,都非常适合使用风力发电的方式提供电力能源㊂我国对风电建设也给予了高度的关注,国家通过财政补贴的方式大力支持全国各地开展风电建设,取得了很好的效果,目前我国多个地区已经兴建了许多大型的风电场,对我国的电力能源输送起到了至关重要的作用㊂二㊁风力发电并网技术分析(一)同步风电机组并网技术同步风电机组,即是同步电机与风电机组结合产生的,在机组运行时既可保证有功功率输出还能提供无功功率,并且还能有效地确保电能质量,因此在我国风电系统中应用越来越广泛㊂目前,我国很多专家正在深入研究同步发电机与风力发电机的有机融合方法㊂一般来说,风速波动较大会导致转子转矩发生波动,无法满足机组并网调速精度㊂在融合同步发电机㊁风力发电机以后,如果未对以上问题进行充分考虑,尤其是在较大荷载条件下,电力系统极易发生无功振荡现象或者失步现象㊂以上问题导致同步风电机组广泛运用受到影响,随着变频器装置广泛的运用,该问题得到了有效解决㊂(二)异步风电机组并网技术异步风电机组,即是异步发电机与风电机组结合产生的㊂异步风电机组的转速只要与同步发电机组的转速差不多即可,它对精度的要求并不高㊂另外,异步风力发电机的控制装置并不复杂,且能可靠㊁安全地运行㊂不过,异步风电机组并网技术同样也会产生许多问题,如在并网之后极易出现比较大的冲击电流,造成风电机组电气安全隐患㊂还有磁路饱和现象,会导致励磁电流增加使系统功率降低㊂故应对异步风电机组加强运行监督,做好有效预防才能更好地保证异步风电机组并网运行的安全性㊂针对调速精度,异步风电机组对其并未提出较高的要求,只要风力发电机组转速与同步风电机组转速差不多即可,不需要进行整步操作与同步设备㊂但异步风电机组并网较为复杂,需要解决较多问题㊂如果异步风电机组直接进行并网,则极易产生极大的冲击电流,降低电压,严重影响电力系统的正常运行㊂故电场运行部门要做好监督工作,制订有效预防措施,以确保风电机组并网运行的可靠性与安全性㊂三㊁解决运维问题的举措和方法(一)运用全寿命周期管理理念,构建合理的运维模式体系我国风电场装机的容量不断扩大,运行风电机组的数量逐年增加,风电场的运行已经进入规模化的发展阶段,全寿命周期的投资理念已经逐渐被业内接受,不仅要选好设备,更要用好设备,风电设备运维管理状况成为当下行业关注的重点㊂学习国外先进的管理经验,基于大数据和云计算,采用系统诊断㊁风险评估㊁可靠性分析㊁寿命管理㊁预知性维修㊁整体解决等风电运维策略,加强设备管理与技术提升㊁优化工作环境与资源配置㊁构建合理运维模式与体系,改变 头痛医头,脚痛医脚 的落后管理方式,从被动式运维向主动式运维㊁智慧运维转变,做到有计划的 预防式 保障服务,既有 急诊式 维修又要做 体检式 预防㊂运维管理是风电场工作中的一项重要任务,不仅是提升设备利用率,提高设备安全性㊁稳定运行,降低各种能耗的前提,而且还是风电场获得更多经济效益的保障.(二)运用新技术提高运维工作效率和有效监管风电场事故不仅与整机质量有关,而且与企业的管理体制㊁风电场管理与运维人员的规范操作有着密不可分的关系㊂风电场维护检修人员的安全意识㊁技术水平和责任心,对保证风电机组正常运行及风电机组的安全有着最为直接㊁关键的作用㊂作为风险较高的发电企业,实现安全生产,除了完善各项制度,更需在技术上加以提高㊂我国风电运行阶段的监测手段主要集中于电气设备,对一些风电的主要部件,特别是关系到风电设备寿命㊁运行隐患的关键部件如发电机主轴㊁轴承㊁齿轮箱㊁叶片等缺乏有效的㊁系统的状态监测,导致运行阶段对风电设备的了解始终处于被动和局限的状态,无法跟踪故障的发展趋势,不能预先发现并提前排除故障隐患㊂运维工作主要是依靠相关人员的责任意识和专业水平及时发现隐患并加以排除㊂然而,对设备的定期巡检要1 2个月才进行一次,有限的运维人员,恶劣的气候条件㊁高空场地条件㊁人员技术水平㊁工具状况以及人员身体状况等各种因素的存在,使得风力发电设备常常处于亚健康状态运行,无法保障全生命周期效益最大化㊂四㊁结语综上所述,为了更好地推动我国风电新能源的发展,需要对其并网技术进行深入的研究,从多个角度㊁多个层面不断完善并网技术,提高风电系统的稳定性㊁可靠性㊁安全性,为我国发电行业做出更大的贡献,确保我国电能产业可持续发展㊂参考文献:[1]汪成国.关于风电新能源发展与并网技术的探析[J].中国战略新兴产业(理论版),2019(14):1.[2]邹璐.风电新能源的发展现状及其并网技术的发展前景研究[J].无线互联科技,2019(17):130-131.[3]马春兰.风电新能源及其并网技术的发展现状探究[J].湖南水利水电,2019(2):65-66.作者简介:聂政,新疆龙源风力发电有限公司㊂702。
海上风电直流送出与并网技术综述一、本文概述随着全球能源结构的转型和清洁能源的大力发展,海上风电作为一种可再生能源,正日益受到世界各国的重视。
由于其具有资源丰富、清洁环保、靠近负荷中心等优点,海上风电在全球范围内得到了快速的发展。
然而,随着海上风电装机容量的不断增加,其送出与并网技术也面临着越来越多的挑战。
本文旨在对海上风电直流送出与并网技术进行全面综述,分析当前的研究现状和发展趋势,为相关领域的研究和应用提供参考。
文章首先介绍了海上风电的发展背景和现状,指出了直流送出与并网技术在海上风电领域的重要性。
然后,文章重点对海上风电直流送出技术进行了详细的分析,包括直流送出系统的基本构成、工作原理、优势与挑战等方面。
接着,文章对海上风电并网技术进行了综述,包括并网方式的选择、并网控制策略、并网稳定性分析等内容。
文章还对海上风电直流送出与并网技术的未来发展趋势进行了展望,探讨了新技术、新材料、新设备在海上风电送出与并网领域的应用前景。
通过本文的综述,读者可以对海上风电直流送出与并网技术有一个全面、深入的了解,为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
本文也希望能够激发更多的学者和工程师关注海上风电送出与并网技术的研究,共同推动海上风电技术的快速发展。
二、海上风电直流送出技术随着全球对可再生能源需求的不断增长,海上风电作为一种清洁、可再生的能源形式,正受到越来越多的关注。
在海上风电的并网技术中,直流送出技术以其独特的优势,逐渐成为了主流选择。
海上风电直流送出技术主要依赖于高压直流输电(HVDC)系统。
与传统的交流输电相比,HVDC系统具有输电容量大、输电距离远、线路损耗小等优点。
特别是在海上风电领域,由于风电场通常远离陆地,使用HVDC系统可以有效减少在长距离输电过程中的能量损失,提高输电效率。
在海上风电直流送出技术中,风电场通过直流输电系统将电能直接输送到陆地上的换流站,然后在换流站将直流电转换为交流电,再接入电网。
风力发电发展现状以及行业发展趋势研究摘要:在中国发展新能源方面,风力发电是一个非常重要的途径。
根据国家能源局的统计,中国风电的装机容量已达到了7×107千瓦,占中国总体发电量的37.5%,风且力发电的装机容量也将超过2.8×108千瓦。
然而,中国的风力发电产业的发展水平还很低,单机容量、设备管理、安全可靠性能等方面都还不完善。
因此,本篇文章主要对中国风力发电技术的发展状况和产业发展方向进行了深入研究,以期能够为有需要的人们提高帮助。
关键词:风力发电:发展状况:行业发展:趋势研究引言:近年来,随着人类能源需要量的逐步提高,风力发电的技术因为具备洁净、环保效果好、无环境污染、装机情况灵活多样、管理运维成本低等优势,而得到了广泛应用,同时风力发电的技术也得到了迅速发展。
基于此,本篇文章主要对中国风力发电建设的状况做出了系统分析,并从风力发电机组的容量、扩大海洋风力发电市场所占的比例、风力发电向智能控制方面过渡的几个角度,对中国风力发电产业的发展趋势做出了深入的研究。
1.我国风力发电发展现状1.1机组单机容量方面增加风力发电机组的单机容量,既能有效地减少机组的运营成本,又能提高机组的发电效率。
随着风力发电科技的发展,为了提高风力发电机组的运行效率、降低运行费用,就需要加大风力发电机组的单机容量。
就风电机组的单机装机容量而言,已经由600千瓦增加到了10兆瓦。
但是,从我国风力发电机组的设计现状来看,现有风电机组的单机容量远远不能满足负荷运行的需要,并且在理论上和实践上还存在着很大的距离[1]。
1.2机组设备控制方面机组设备控制系统是确保风力发电机组有效工作的重要前提条件。
不过,由于目前风力发电机组设备配置地点最优先考虑的仍是风能资源,因此通常处于某些较为严酷的自然环境中,如边远山地、无人沙漠、海洋等区域,而且对风能变化规律也存在着很大的不确定性。
在这些自然环境中,风力发电机组装置常常要求远程监测,要求风力发电机组装置必须拥有安全、稳定的自控系统。
风电新能源的发展现状及其并网技术的发展前景研究风电新能源是近年来得到广泛关注并快速发展的清洁能源之一。
随着全球对可再生能源的重视程度不断提高,风电新能源的发展现状及其并网技术的发展前景也备受关注。
本文将从风电新能源的发展现状和并网技术的发展前景两个方面进行深入探讨,希望能够为相关研究和实践提供一定的参考。
一、风电新能源的发展现状1.发展概况风电新能源是指利用风能转换成电能的一种清洁能源。
近年来,随着全球对环境保护和可持续发展的重视,风电新能源得到了迅速发展。
截至目前,全球风电装机容量已经超过了6万兆瓦,年发电量为约6600亿千瓦时,占全球电力需求的5%左右。
中国、美国、德国等国家是风电发展的主要推动者,占据了全球大部分的风电装机容量。
2.发展优势风电新能源具有明显的发展优势。
风能资源分布广泛,且具有丰富的储备量,全球范围内可以利用的风能资源远远超过目前的利用水平。
风电新能源是一种无污染、可再生的清洁能源,不会排放温室气体和污染物,对环境友好。
风电发电成本逐年下降,已经具备了一定的经济竞争力,同时可以带动就业,并推动相关产业链的发展。
3.发展挑战尽管风电新能源发展势头迅猛,但也面临着一些挑战。
风电资源的不稳定性和不可控性使得风电的发电效率和系统稳定性受到限制。
风电并网对电网的技术要求较高,需要解决输电技术和储能技术等方面的难题。
风电建设和运维成本较高,需要持续改进技术和降低成本。
1.技术现状风电并网技术是指将风电场的发电设备与电网有机结合,实现风力发电机组按照电网要求稳定运行,履行电气能源的调度任务,并保证电网的安全、稳定运行。
目前,随着风电装机规模的不断扩大,风电并网技术也在不断创新和升级。
主要技术包括风电场的接入方式、风电场的并网保护、风电场的运行控制等方面。
2.发展前景未来风电并网技术有望迎来更加广阔的发展前景。
随着风电装机容量的增加,风电并网技术将面临更高的要求,需要不断提升智能化、自适应化和柔性化。
风电消纳关键问题及应对措施分析1. 引言1.1 风电消纳关键问题及应对措施分析风电资源丰富,具有清洁环保、可再生等优势,成为我国主要的可再生能源之一。
随着风电装机规模的不断扩大,风电消纳问题逐渐凸显。
风电消纳的关键问题主要包括风电波动性大、间歇性强、集中性低等特点,导致风电并网对电网安全稳定性以及经济运行造成一定影响。
为解决这些问题,需要采取一系列应对措施。
在技术方面,可以通过加强风电场自身调度能力、优化风电场布局、提高风力发电设备的智能化水平等措施,来提高风电消纳的可靠性和稳定性。
也应加强与电网之间的通信协调,实现风电场与电网的有效互联互通,为风电消纳提供技术支持。
在政策及市场方面,应建立健全风电消纳的相关政策法规和市场机制,制定合理的风电发电定价机制,鼓励风电发电企业参与市场竞争,提高风电消纳的市场化程度。
还应加大对风电消纳技术研发的投入力度,推动风电消纳技术的创新和进步。
针对风电消纳的关键问题,需要技术、政策和市场等多方面的综合应对措施,促进风电消纳的稳定性和可持续发展。
有助于指导我国风电行业的发展方向和未来发展路径。
2. 正文2.1 风电消纳现状分析风力发电作为清洁能源,受到越来越多的关注和发展。
随着风电装机容量的不断增加,风电消纳问题也逐渐凸显出来。
目前,我国风电消纳存在以下几个主要问题:1. 储能不足:风力发电的波动性和间歇性导致风电消纳对能源储存设施的要求较高,但目前我国储能技术还比较滞后,储能设施不足,难以满足风电的消纳需求。
2. 电网升级滞后:我国部分地区的电网容量有限,无法承受风电的大规模并网,导致风电消纳困难。
电网升级滞后也影响了风电的发展。
3. 调度难度大:风电的出力受天气等因素影响较大,难以准确预测,给电网调度带来困难。
在电力系统中,调度难度大还会带来功率平衡问题。
风电消纳目前面临的问题主要集中在储能不足、电网升级滞后和调度难度大等方面。
针对这些问题,需要综合考虑技术、政策和市场等多方面因素,采取有效的应对措施,推动风电消纳问题的解决。
风电消纳关键问题及应对措施分析1. 电网规模和强度不足由于风电的发电场地通常位于远离用电地区,电网规模和强度不足是风电消纳问题的主要瓶颈。
在现有电网条件下,如果将风电全部并网,不仅电网可能超负荷运行,还会对电网的稳定性产生较大影响。
2. 波动性和不确定性较大风电具有波动性和不确定性较大的特点,这是由其发电过程决定的。
风力的大小不仅与风速有关,还与风向、风雨、季节等多种因素相关。
这种波动性和不确定性给电力系统的运行带来了很大的挑战。
3. 电网输电设备能力不足由于地区差异和区域电网建设的不平衡发展,一些风电场地的输电设备能力不足。
在风电大规模并网的情况下,电网输电设备的瓶颈问题将成为制约风电正常发电的关键因素。
1. 加大电网建设力度为了解决风电消纳问题,首先要加大电网建设力度,提高电网规模和强度。
对于高风能资源地区,应优先建设电网,并提高电网的输电能力。
加强区域电力供需平衡调度,合理调度风电发电量,减轻电网压力。
2. 提高风电利用率为了减少风电波动性带来的影响,可以通过提高风电利用率来减少风电波动对电力系统的影响。
可以采取多种措施来提高风电利用率,如合理布局风电场地,提高风电场地的利用率;建设储能设备,利用储能设备储存风电;开展风电与其他可再生能源的协同发电。
3. 加强电网技术研究和应用推广为了解决风电消纳问题,需要加强电网技术研究和应用推广,提高电网的智能化水平。
可以通过引入智能电网技术、优化电网规划与运行等手段来提高电网的适应能力和稳定性。
4. 推动风电与储能技术的结合风电与储能技术的结合可以解决风电波动性大的问题,提高风电的可靠性和稳定性。
通过建设大规模储能设备,将风电多余电量储存起来,待需求增加时释放出来,有效利用风电资源,减少风电的浪费。
5. 加强政策支持和市场推动政府应加强对风电消纳问题的政策支持,包括加大对电网建设的投入、提高风电上网电价、制定合理的补贴政策等。
要鼓励市场竞争,推动风电产业的发展和进步,促进电力市场化进程。
风电产业发展待破的难题及应对策略发展风电产业,是建设低碳社会、保障能源供应、培育战略性新兴产业、推动经济结构调整的重要方向。
我国的风电装机容量已经连续4年位居世界第一,然而在高速发展的同时,我们不得不审视我国风电产业发展存在的几大难题。
能否处理和解决好这些难题,将直接关系到我国风电产业能否实现健康、良性的发展。
产业发展短板与面临的挑战从产业布局的角度来说,主要存在这样三方面问题:重风场建设,轻产业配套。
以江苏为例,江苏在下游风力发电场方面的开发力度很大。
根据江苏省陆上风电场工程规划,到2015年底陆上风电装机容量规划为300万千瓦,这一规划已经基本完成,尚未开放的剩下只有低风速区域。
这跟江苏沿海各地均将风电场开发作为开拓重点的策略是分不开的。
各地普遍采取“以资源换装备”策略,而在招引风电制造企业、打造风电配套产业链上关注较少,推进不够,致使目前可利用的风电资源已所剩无几,难以形成招引风电设备制造企业大量落户、大规模发展的态势。
重部件生产,轻整机制造。
基于江苏良好的制造业基础,目前,江苏以高速齿轮箱、风机叶片等零部件制造为主的风电配件企业众多,但在整机制造领域,基础仍然较为薄弱,仅仅只有华锐等少数几家企业能够生产风电整机机组。
重引进组装,轻自主研发。
目前,江苏的风机整机制造企业,大多是从外地运入零部件,在本地进行组装,扮演的仅是一个“加工厂”的角色,尤其是缺少核心技术、缺乏科技含量,还没有能够形成自主研发、试验,到整机生产、组装、调试一整套的产业链,缺乏整机研发、制造的核心竞争力。
而从产业发展现状的角度分析,则主要存在这样三方面问题:市场竞争白热化,相互压价现象明显。
由于江苏地区风资源较好、电网强,前几年地方政府对风电产业的支持力度较大,各风电开发商在集团的带领下,投入重金抢夺资源,直接造成的后果就是形成了如今市场竞争的白热化,风电设备制造厂家间存在相互压价的现象,各企业都不能获得效益的最大化。
以小型风力发电机组为例,由于竞争加剧,南京某公司的1.5MW风力发电机组价格出现了明显下跌,从2013年2月份的每台40万元一路下降到现在的不到30万元,降幅超过25%。
74 ・ 2011年第5期解决方案Solutions在各种可再生能源中,风能是全球关注的热点,世界很多国家掀起了开发热潮,大规模风力发电技术日新月异。
我国有丰富的风能资源,为发展风电事业创造了十分有利的条件。
根据中国可再生能源工业协会预测,到2015年,全国风电总装机要超过5 000万kW。
但是,过去建设传统同步电网的历史经验告诉我们,电源基地建设、接入方案与电网规划,以及并网运行研究是三大关键问题,任一环节的忽视都将带来严重后果。
目前风电基地的审批、规划和建设突飞猛进,呈现爆发式发展态势,而其余环节尤其是风电并网研究还很滞后,形势令人担忧。
有学者指出:大规模风电并网有很多技术难题,大部分问题相当棘手,是世界性难题。
大规模风电场接入输电系统后,将有很多未知或尚不为人们熟悉的理论和技术问题大量涌现。
如:百万千万级风电场接入系统的方案、现代大型风电机组稳定机理、风电机组与常规发电机组交互作用、含大容量风电场的输电系统协调运行以及电能质量分析与控制等问题。
本文首先对大规模风电场并网研究现状做了简要综述,然后提出了几个需要解决的关键问题,以帮助国内同行学者厘清思路,抓住重点,为我国风电事业的健康发展解决实际问题。
1 风电并网的研究现状并网发电是大规模风能利用的主要形式,风电机组与接入电网的相互作用自然受到重视,很多发展风电的国家已开始投入相关研究。
希腊目前风电装机容量虽然仅有600 MW,但为了保证未来几年3 000 MW新机组的顺利投运,相关部门正在研究双馈电机合理、高效的仿真模型,并将其用于稳定分析程序;他们通过研究发现,作为风电机组主流机型的双馈电机,当它的电压控制回路参数不合理时可能导致电压失稳。
风电并网对同步发电机振荡模式的影响多数是满意的,但也有弱阻尼甚至负阻尼出现的可能,通过控制器参数优化,可以提高稳定性。
德国学者I. Erlich和J. Kretschmana提出了双馈电机降阶模型,依据其模型分析了机组的多种可能运行模式,所建模型可用于转速和桨矩角控制;他们还研究了海上风电场经海底电缆并网的风电系统动态行为。
日本Kitami工业大学研究者提出用能量存储系统提高风电场暂态稳定性和低电压穿越能力。
曼彻斯特大学的F. M. Hughes等人借鉴传统发电设备的电力系统稳定器(PSS)原理,在双馈异步发电机上设计了PSS,特征分析和时域仿真表明双馈风电机组上的PSS对系统的阻尼贡献优于同步电机上的AVR附加PSS。
荷兰Delft理工大学的J. G. Slootweg和W. L. Kling基于一个测试系统,研究了大规模风电接入系统后对系统振荡稳定性的影响,结果表明系统特征频率和阻尼的变化趋势决定于风电规模和使用的风电机组的类型;恒速机组较变速机组更有利于系统阻尼的增强,发电规模越大,阻尼增加越多。
然而,阿根廷研究者R.D. Fernandez通过对风电高比例渗透条件下系统频率动态行为的研究,得出了与荷兰学者几乎相反的结论——他们认为,与笼型异步发电机相比,双馈异步发电机在控制得当情况下更能改善系统的频率动态特性,能够提高对同步发电机机电振荡的阻尼能力。
瑞典学者N. R. Ullah和T. Thiringert通过对北欧电网的研究认为,现代变速异步风力发电机组恒定功率因数模式下运行时,在低风速时其电压支撑能力尚不如传统恒速机组,他们主张适当降低有功输出,留出适当的无功调节空间,以提高电压稳定性。
目前,国内在风电稳定与控制方面也取得了一定的研究成果。
浙江大学贺益康教授等人将磁场定向矢量控制技术应用于发电机控制,探讨了并网型交流励磁风力发电系统功率解耦控制策略和并网控制策略,并通过试验机组开展了相应的动模研究。
东北电力大学是开展风电研究最早的高校之一,在联网风电机组的动态模型、风电场无功大规模风电并网的研究现状和需要解决的关键问题■ 郝正航/天津大学电气与自动化工程学院 贵州大学电气工程学院 陈卓/贵州大学电气工程学院结合我国风能资源分布的实际情况,分析了我国风电并网问题的特殊性和复杂性;提出了在实施大规模风电开发和并网运行中可能遇到的问题,并提出了问题解决的基本思路和途径。
解决方案Solutions静态调节能力及无功控制策略方面,取得了很多有价值的成果。
重庆大学的李辉等人对笼型异步发电机的暂态稳定机理进行了分析,建立了风电机组的轴系模型,对风电系统的暂态稳定判据作了改进。
中国电力科学研究院的王伟胜教授等人研究了双馈风电机组的动态数学模型,从物理意义上分析了暂态稳定特性,并通过仿真计算对大型风电并网问题进行了探讨。
在工程实用化方面,清华大学电力系统国家重点实验室和北京清能华福公司合作开展双馈电机变流器研发,已有一定的业绩积累。
沈阳工业大学在双馈电机研制方面历经多年,为风电设备国产化做出了贡献。
天津大学余贻鑫教授、王成山教授等以实际大电网为对象,在风电机组稳定计算模型、含风电的电力系统稳定性快速仿真以及风电电源与网络协调规划等领域开展了深入的理论研究和计算工具的研发。
综上,国内外学者关于风电场自身稳定性及其对电力系统的影响方面已作了一定研究,积累了大量宝贵的研究成果。
但是,由于不同研究者所基于的案例不同,同类问题的研究结论存在不一致甚至相反的现象,对风电场并网稳定性和可靠性的负面影响也估计不足,一些问题的研究结论明显偏于乐观。
更值得注意的是,国外风力发电与我国情况有很大不同,国外风电场的运行经验不足以解决我国风电面临的问题。
2 我国风电并网问题的特殊性1)风能资源过于集中。
我国风能资源主要分布在西北、华北和东部沿海地带,地理上的不均衡造成百万千瓦级大容量风电场只有接入超高压输电系统才可能消纳。
这与高风电比例的欧洲国家不同,如丹麦建设的风电场多数是1万~2万kW的装机容量,德国最大的风电场也只有6万kW,尽管这些国家的风电比例超过15%,但风电的冲击与间歇性对输电系统影响却不大,电网的稳定性、调频和调峰问题也简单得多。
随着风电场规模的迅猛扩大,风电系统对同步电网的影响也愈加显著,整个电力系统的动态行为和稳定机理可能发生显著的变化。
而我国规划的千万千瓦级风电基地建成以后,只能集中接入输电系统,大规模风电功率的随机扰动难以分散和平抑,势必引起整个输电系统电能质量控制难度增加和动态特性复杂化。
2)部分采用直流输电系统输送风电。
采用“风火打捆”,经超高压直流输电将西北风电基地的电能送往东部负荷中心,已形成规划建议。
但这种输电模式是全球绝无仅有的,运行当中可能遇到很多技术障碍。
3 风电并网与传输需要解决的关键问题1)现代风力发电机组的稳定性机理。
现代风力发电机组的暂态稳定机理与传统同步发电机有很大不同。
同步发电机暂态稳定的条件是故障切除后系统获得的暂态能量小于稳定域界面处的能量,稳定域界面由不稳定平衡点的稳定流形组成。
但是,这一概念对风电机组不适用。
风力发电机主要有笼型异步发电机、可变转差率发电机、永磁直驱电动机和变速双馈异步发电机。
尤其是双馈异步发电机在大型风电场中逐渐成为主流机型。
风力发电机种类较多,由于它们的工作原理和控制方法不同于传统同步电动机,因而风力发电机组的暂态稳定性的定义、分析方法和失稳判据与同步机组的功角稳定概念存在很大差别。
在风电机型中,笼型异步发电机结构简单,维护方便,在风电场中得到较多应用。
笼型异步电机作为电动机已在电力系统大量存在多年,众多学者通过对负荷稳定的长期研究,对笼型电机的动态模型和稳定机理已不陌生,通过“转矩—转差特性”就可以给出其稳定性物理解释。
因此,研究基于笼型发电机的风电系统稳定问题比较容易。
然而,现代风力发电机为了减弱输出功率波动和追踪最大风能的需要,多采用可变转差异步电机和交流励磁双馈电机。
与笼型电机相比,现代风力发电机的转子回路是可以调节的。
正因为如此,现代风力发电机的暂态稳定机理不能用笼型电机的“转矩—转差特性”解释,也不能沿用其稳定定义和判据。
2)大型风电场抗扰能力在线评价和预警问题。
由于目前风电机组和风电场入网标准和检测标准尚不完善,绝大部分风电机组的功率曲线、电能质量、有功和无功调节性能、低电压穿越能力等都没有经过严格科学检测。
一些风电事故说明,风电场与常规电厂相比抗扰能力较差,这不仅影响风电场的持续发电,更严重的是,未来百万千万级大风电的频繁脱网将是输电系统的安全隐患。
与常规电站不同之处还在于风电场是几十台机组的汇集,用于离线稳定计算的等效数学模型不可靠,而且随着运行时间的积累,机组动态容易改变。
对于风电机组,即使经过入网前严格试验和检测,并网以后风电场的实际抗扰能力仍然需要在线实时评价,以满足在线安全分析需要。
为此,从大电网安全运行的角度出发,必须对并网运行的风电场在线2011年第5期 ・ 75解决方案Solutions评价其抗扰能力,对抗扰能力不满足要求的,发出警报,以提醒电网运行人员做好应急准备。
3)风电场引起输电系统功率谐振的机理、监测方法和抑制的问题。
接入配电网的小规模风电场,因其容量有限且与发电机有很大的电气距离,引起功率谐振(或强迫功率振荡)的可能性很小。
对于直接联入输电主网的大容量风电场,存在引起共振型低频振荡的风险。
原因如下:①自然风速具有随机波动特性,注入风力机的风能就是激励源。
②风电机组整体结构动力学性质较常规发电机组有很大的柔性,机械振动不可避免,旋转部分的机械振动与输出功率振荡之间存在直接因果关系。
③风力机转矩振荡可能超出平均转矩的20%,对于百万千万级风电场可能引起十几万至几十万千瓦的功率波动,对输电系统威胁很大。
④风电场功率注入的波动频率接近电力系统低频振荡固有频率,存在共振风险。
对于三叶片风电机组,功率输出波动频率大约在1~3 Hz,与低频振荡频率范围接近。
4)风电机组与常规同步机组的交互作用与协调控制问题。
现代大型同步电网的稳定问题一直是研究的焦点,也是公认的难点。
研究并网风力发电的稳定性,实质是研究含风电大电网的整体稳定性,因为大电网稳定的破坏,必然导致任何接入元件不能正常运行。
接入风电以后的大电网稳定性如何演变,是趋向好还是趋向差,不是一个固定的结论,两种相反的结论都曾经在不同研究者的文献中给出过,也都是客观的。
问题的关键是,在电网大规模接受异步电机发出的功率时,如何才能“趋利避害”从整体上提高大系统稳定性。
解决这一问题的突破口是研究风电机组对同步机组的影响、二者的交互作用和协调控制。
5)双馈异步机组和永磁直驱机组对同步电机的致稳方法与技术问题。
从物理本质上看,同步发电机的暂态稳定和小扰动低频振荡都是由扰动后的功率不平衡造成的。
如果有一种装置能根据某种特征信息,判断出同步电网暂态功率不平衡状态和趋势,并能增发或减发有功功率以抵消这种不平衡,则它对同步电网的稳定性将有显著致稳效果。