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1、迟永宁 中国电力科学研究院新能源研究所 迟永宁 中国电力科学研究院新能源研究所 2011.01.082011.01.08 1 主要内容要容 第一部分标准修编背景 第部分风电接入对电网电压的影响及电压控制第二部分风电接入对电网电压的影响及电压控制 第三部分风电场低电压穿越要求与实现第三部分风电场低电压穿越要求与实现 第四部分风电场低电压穿越测试与验证 第五部分标准内容 2 第部分第一部分 标准修编背景 3 1.1 中国风电发展 2009, 风电总装机容量25805.3MW ，全球第二。2009, 风电总装机容量25805.3MW ，全球第二。 4 数据来源：数据来源：CWEA 1.1 中国风电发
2、展 2020年，风电装机达到1.6亿千瓦。2020年，风电装机达到1.6亿千瓦。 东北电网东北电网 西北西北电网电网西北西北电网电网 华北电网华北电网 西藏 华中电网 西藏 华中电网 华东电网华东电网 台湾 南方电网 台湾 南方电网千万千瓦风电基地千万千瓦风电基地 5 1.2 风电国家标准的产生 ?2005年12月12日，我国首年月我国首 个风电场并网的指导性技术 文件风电场接入电力系统 技 术 规 定 GB/Z19963- 2005 颁布实行。 ?考虑到当时的风电规模、机 组制造水平，适当降低了对 风电的要求，仅提出一些原 则性的规定。 6 1.3 风电并网的技术问题 ? 约束风电并网的技术
3、问题 局部电网网架结构薄弱局部电网网架结构薄弱?局部电网网架结构薄弱局部电网网架结构薄弱 ?网内其他电源运行灵活性不足网内其他电源运行灵活性不足?网内其他电源运行灵活性不足网内其他电源运行灵活性不足 ?风力发电机组/风电场运行技术水平较低风力发电机组/风电场运行技术水平较低 （风电并网标准解决的问题）（风电并网标准解决的问题） 7 1.4 国际上风电并网标准的发展经验 ? 国际风电并网要求的经验：国际风电并网要求的经验： ?目前美国、加拿大、德国、西班牙、丹麦、爱尔兰等欧美风电目前美国、加拿大、德国、西班牙、丹麦、爱尔兰等欧美风电 发达国家都具有各自的风电场接入电力系统的技术规定或风电发达国家
4、都具有各自的风电场接入电力系统的技术规定或风电 并网标准并网标准，并随着风并随着风电的电的发展不断地对其进行修订升级发展不断地对其进行修订升级，对于对于并网标准并网标准，并随着风并随着风电的电的发展不断地对其进行修订升级发展不断地对其进行修订升级，对于对于 风电场及风电机组的技术要求也有相应变化。风电场及风电机组的技术要求也有相应变化。 ?希望风电成为一种能预测、能控制、抗干扰的优质电源，电网希望风电成为一种能预测、能控制、抗干扰的优质电源，电网 友好电源。友好电源。 8 1.5 并网标准的修编背景 ? 根据根据风电并网发展形势风电并网发展形势、实际出现的问题实际出现的问题及技术及技术需求提出
5、对风需求提出对风电场电场? 根据根据风电并网发展形势风电并网发展形势、实际出现的问题实际出现的问题及技术及技术需求提出对风需求提出对风电场电场 接入电力系统的技术要求。接入电力系统的技术要求。 ? 国家标准从指导性技术文件，升级为国家推荐性标准。国家标准从指导性技术文件，升级为国家推荐性标准。 ? 国家标准化管理委员会下达的国家标准化管理委员会下达的20092009第二批标准修订计划第二批标准修订计划。（计划计划编编国家标准化管理委员会下达的国家标准化管理委员会下达的20092009第二批标准修订计划第二批标准修订计划。（计划计划编编 号 20091428T613）号 20091428T613
6、） 全国电力监管标准化技术委员会归口管理全国电力监管标准化技术委员会归口管理。? 全国电力监管标准化技术委员会归口管理全国电力监管标准化技术委员会归口管理。 ? 中国电力科学研究院、龙源电力集团股份有限公司、南方电网技术中国电力科学研究院、龙源电力集团股份有限公司、南方电网技术 研究中心、中国电力工程顾问集团公司共同编制。研究中心、中国电力工程顾问集团公司共同编制。 9 第二部分第二部分 风电接入对电网电压的影响风电接入对电网电压的影响 及电压控制 10 2 风电场接入对电网电压的影响及电压控制 由于发电功率变化引起的电压波动必须在可以接受 的范围内 电压波动取决于 ? 发电功率发电功率 ?
7、功率因数功率因数 ? 网络阻抗网络阻抗 无穷大系统 Q Pg S1=P1+jQ1 Z R jX Qg PR QL S2=P2+jQ2 Z=R+jX 0 2 U 1 U QgcQC/2QC/2 11 2 风电场接入对电网电压的影响及电压控制 改善方案改善方案 ? 可调节的无功补偿设备可调节的无功补偿设备( (投切的并联电容器组投切的并联电容器组，SVCSVC，STATCOM)STATCOM)? 可调节的无功补偿设备可调节的无功补偿设备( (投切的并联电容器组投切的并联电容器组，SVCSVC，STATCOM)STATCOM) - 成本高 ? 具有电压控制能力的风电机组具有电压控制能力的风电机组?
8、具有电压控制能力的风电机组具有电压控制能力的风电机组 - 双馈感应电机 - 全功率变频器的同步机组全功率变频器的同步机组 ? 自动变压器分节头调节自动变压器分节头调节 12 2.1 电压稳定性影响（案例1） 至哈密 玉门风电玉门风电1110MW 安西 酒泉 279 甘肃电网750规划网架结构 279 372安西风电安西风电 甘肃电网750规划网架结构 金昌 372 194 安西风电安西风电 4050MW 至白银 永登 至西宁 194 5160MW风电接入对甘肃电网的影响风电接入对甘肃电网的影响 13 2.1 电压稳定性影响（案例1） 1.10 1.06 DIgSILENT ?考虑固定串补方案。
9、 3000200010000 1.02 0.98 0.94 0.90 ?西北750系统采用固定高抗 3000200010000 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） ?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 1.08 1.05 1.02 0.99 260万时，出现电压崩溃。 3000200010000 0.96 0.93 x-Axis: 风电场总出力: MW 安西750kV母线: 电压（pu） 酒泉750kV母线 电压（）酒泉750kV母线: 电压（p
10、u） 金昌750kV母线: 电压（pu） 14 2.1 电压稳定性影响（案例1） 1.07 1.06 DIgSILENT ?考虑固定串补方案。 西北系统采用可控高抗 500040003000200010000 1.05 1.04 1.03 1.02 ?西北750系统采用可控高抗 。 500040003000200010000 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） ?不同风电出力情况下，由于 750系统电压发生变化，采 用高抗随电压投切策略控制 1.08 1.07 1.06 。风电可在400万范围
11、内运 行，750系统电压可保证。 500040003000200010000 1.05 1.04 x-Axis:风电场总出力: MW 安西750kV母线: 电压（pu） 但是，但是，. 酒泉750kV母线: 电压（pu） 金昌750kV母线: 电压（pu） 15 2.1 电压稳定性影响（案例1） 西北西北750kV系统即使采用了固定串补和可控高抗 ，高风电出力时，电网电压稳定裕度仍很低。 系统即使采用了固定串补和可控高抗 ，高风电出力时，电网电压稳定裕度仍很低。 1.04 0.98 1.1 DIgSILENT ?甘肃风电总出力大于 400万，若进一步增大 时电压失稳大规模 0.93 1.0 时
12、，电压失稳。大规模 风电接入运行时，系统 调压面临极大压力。 0.87 0 81 0.9 429042504210417041304090 0.81 0.75 风电场总出力 429042504210417041304090 0.8 风电场总出力即使是超高压系统即使是超高压系统传输风电功传输风电功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） 即使是超高压系统即
13、使是超高压系统，传输风电功传输风电功 率太大时，电压仍受到很大影响率太大时，电压仍受到很大影响 16 2.2 电压调节（案例2） 400MW 风电接入甘肃玉门电网风电接入甘肃玉门电网 (2008) 17 2.2 电压调节（案例2） m/s)风速 (m 24小时风速变化曲线小时风速变化曲线 18 2.2 电压调节（案例2） 电电压压 （pu） 风电功率变化引起的电压波动风电功率变化引起的电压波动 （未未采用采用SVC装置装置） 时 间时 间 19 风电功率变化引起的电压波动风电功率变化引起的电压波动 （未未采用采用SVC装置装置） 2.2 电压调节（案例2） 电电压压 （pu） 风电功率变化引起
14、的电压波动风电功率变化引起的电压波动 （采用采用60Mvar的的SVC装置装置） 时 间时 间 20 风电功率变化引起的电压波动风电功率变化引起的电压波动 （采用采用60Mvar的的SVC装置装置） 第三部分 风电场低电压穿越要求与实现风电场低电压穿越要求与实现 21 3.1 低电压穿越的概念 什么是低电压穿越（LVRT）？什么是低电压穿越（LVRT）？ 当电力系统事故或扰动起并点电跌落时- 当电力系统事故或扰动引起并网点电压跌落时， 在一定的电压跌落范围和时间间隔内，风电机组/ 风电场能够保证不脱网连续运行。 - 也有故障穿越（FRT）的提法。 22 3.2 我们为什么需要低电压穿越 50.
15、0Hz50.0Hz 49.849.850.250.2 发 电用 电 常规电源 用电负荷电网 常规源 风电 保持系统功率平衡频率稳定保持系统功率平衡、频率稳定。 23 3.3 吉林电网风电机组切机情况介绍 时间: 2008.04.09 早晨 天气情况: 刮风，下小雨。天气情况 刮风，下小雨 故障位置: 白城至开发变66kV线路(19km) ，距离白城变2.4km。 故障类型: 2相短路 (B-C) 发生时间 05:07:54故障类型: 2相短路 (B C) 发生时间 05:07:54 保护动作情况: 线路距离保护与过流保护动作 24 故障前 时间 故障前 时间05:07:54 55MW 230k
16、V 232kV 230kV 223MW223MW 234kV 38Mvar 电容器组电容器组 25 3.3 吉林电网风电机组切机情况介绍 80ms后故障线路三相切除80ms后故障线路三相切除； 80-110ms后，洮南大通风电场内所有机组跳闸；120-150ms 后富裕风电场所有风机跳闸同发龙源华能场内所有风电后，富裕风电场所有风机跳闸；同发龙源、华能场内所有风电 机组跳闸； 05:07:55 故障线路重合成功； 26 故障后 时间时间05:07 定速机组 0MW 236kV 244kV 236kV 0MW0MW 251kV 38Mvar 电容器组 27 系统调整后 时间时间05:13 控制电压 0MW 235kV 0MW0MW 237kV 38Mvar 电容器组 28 3.3 吉林电网风电机组切机情况介绍 电网故障大面积风电切机的后果 潮流反转； 电网电压由于潮流变化导致偏高或偏低； 电网频率有较大变化，严重时会引起频率稳定问题甚至大停电。 -低电压穿越必不可少！ 其提出主要是基于有功平衡的考虑。
