《风电并网对电力系统稳定性影响的研究综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风电并网对电力系统稳定性影响的研究综述（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、风电并网对电力系统稳定性影响的研究综述潘华君（沈阳工程学院电气工程系，辽宁 沈阳 110136）摘要：随着风力发电在电力系统中所占的比例逐渐提高，为有效利用风能，大规模风电并网势在必行。由于风电场的出力具有随机性，并网时会给电力系统的稳定性和电能质量带来一系列问题。文章分析了风电并网对电网的影响，综述了目前风电并网技术的发展情况，对风电并网技术的发展趋势进行了介绍。关键词：风力发电；低压穿越；储能技术；无功补偿；稳定性 Research and Summary of Shunt-connected Wind Power GenerationPan Hua-jun(College of Elec
2、trical Engineering,ShenYang Institute of Engineering,Shenyang 110136,China)Abstract:As the wind power generation plays an important role in power grid,power grid is demanded to accommodate the large scale wind power to improve the efficiency of wind energy utilization.Due to the randomness of wind f
3、arm output,it will bring a series of questions togrid-connected wind power system,such as the power system stability and power quality.This paper analyzes the operating influences of grid-connected wind power system,summarizes the recent developments and trends of grid-connected technology.KEY WORDS
4、:wind power;LVRT;energy storage;reactive power compensation；stability0 引 言根据国家能源局出台的可再生能源“十二五”规划，未来风电所占的的比例还将逐步加大。随着风电高速度发展时期的到来，风电并网带来的问题也将日益严峻，深入研究风电并网技术，努力减小大规模风电场接入电网后对系统稳定性造成的不利影响，对我国继续发展大规模风力的有极大的促进作用。1 国内外风力发电的现状和规模1.1 国外风电发展现状截止2011年底，风力发电已经覆盖了全球75个国家，装机容量超过100MW的国家达到22个。根据全球风能理事会（GWEC)发布的全球
5、风电市场装机数据显示，当年新增风电装机容量达41,000MW，累计风电装机达到238,000MW，累计装机容量实现了21%的年增长。全球风电发展进入平稳期，从区域分布和市场格局来看，中国、美国和欧盟仍然占据了主导地位，占全球累计装机容量的85%。海上风电仍是欧洲风电的发展趋势，中国则继续巩固了其全球风电领袖的地位。2011年新增装机前10位的国家和累计装机容量排名前10位如表11。 表1 2011年新增装机前10位的国家 2011年新增装机前10位的国家 2011年累计装机前10位的国家国家 MW 份额（%） 国家 MW 份额中国 17,631 43 中国 62,364 26.2美国 6,81
6、0 17 美国 46,919 19.7印度 3,019 7 德国 29,060 12.2德国 2,086 5 西班牙 21,674 9.1英国 1,293 3.2 印度 21,674 6.8加拿大 1,267 3.1 法国 6,800 2.9西班牙 1,050 2.6 意大利 6,784 2.8意大利 950 2.3 英国 6,540 2.8 法国 830 2.0 加拿大 5,265 2.2瑞典 763 1.9 葡萄牙 4,083 1.71.2 中国风电发展状况2011年中国全年新增风电装机容量17.63GW，累计安装风电机组45894台，累计装机容量为62.36GW，其中风电新增并网接近17
7、GW，基本上与全年吊装容量一致，累计装机容量达到了47.84GW。中国风电累计装机容量前十的省份如表2所示2，并计划在2020年前，使全国风电总装机容量达到150GW，其中包括30GW的海上风电装机容量。 表 2 2011年各省累计风电装机容量序号 省份 累计并网容量/MW1 内蒙古 14384.42 甘肃 5551.63 河北 4991.34 辽宁 4039.55 吉林 2936.36 山东 2718.67 黑龙江 2625.58 江苏 1704.39 新疆 1659.810 宁夏 1361.5根据“建设大基地，融入大电网”的风电建设构想，酒泉一期百万基地、通辽开鲁百万基地、巴彦淖尔乌拉特中
8、旗基地、包头达茂旗百万基地、河北张北一期、张北二期百万基地、河北承德百万基地和新疆哈密百万基地，共7个风电百万千瓦基地已取得阶段性成果。各基地建设情况如表3所示2。表3 各基地建设情况汇总表基地名称 规划/MW 核准/MW 并网/MW 在建/MW酒泉一期 3800 3800 3600 200通辽开鲁 1500 1500 700.5 799.5乌拉特中旗 2100 300 300 0张北一期 1350 1350 1350 0张北二期 1500 500 400 100承德 1000 450 336 114哈密东南部 2000 0 0 0合计 14850 8100 6886.5 1213.5 全国8
9、5%的风电并网装机容量和发电量集中在东北、西北、华北等“三北”地区，而电力负荷则主要集中在发达的沿海地区，风电场与电力负荷之间的不匹配程度相当大。另外由于当地负荷水平不高，电网与风电的建设水平存在差距，跨区消纳能力弱，不能灵活调度，“弃风”现象越加明显。尤其以内蒙古地区为重，从区域看，华北、东北未收购电量最多，其未收购风电电量分别占全国未收购风电电量的57.20%和38.33%。从省份看，内蒙古未收购电量最多，其未收购风电电量占全国未收购风电电量的75.68%。2 风力发电的类型及其特点按照是否接入主电网划分，风力发电主要具有两种类型：(1)“离网”的独立运行供电系统。单机容量较小，一般为0.
10、110kW，常用于解决边远地区的供电问题，2010年全国新增风电装机中，功率小于1MW的风电机组仅占2.4%；(2)“并网”运行的常规电网电源，单机容量一般为1502000kW，常应用于大规模风电场。风电机组的大规模已成为风电利用领域上最有效率的方式，广泛为各国采用3。并网型风力发电系统又按照风机的工作方式划分为恒速恒频(CSCF)和变速恒频(VSCF)两种：（a） CSCF方式下,随着风速的变化,风机转速恒定,输出电能频率恒定,其发电效率较低,而且由于机械承受应力较大,相应的装置成本较高。（b） VSCF方式下,风机转速随风速的变化而变化,实现了不同风速下的高效发电,在低风速下,风机转速相应
11、下降,从而使系统的机械应力和装置成本都大大降低4。 在我国，风力发电作为新型发电技术，至今已有20多年的历史，较原有的发电技术，具有以下特点： （1）储量大，可再生，无污染。 （2）大型风电场一般远位于“三北”地区，远离沿海负荷中心，风电开发具有“大规模、高集中、远距离”的特点； （3）由于风的随机性与间歇性，使得风电场有功出力具有较大大的随机性和波动性，难以预测和调度 （4）异步发电机风电机组的广泛应用，虽然在机端安装有无功补偿电容器，但在运行过程中，风力机组发出有功功率的同时也吸收无功功率，引起机端电压波动； （5）风能密度低，为了获得较大动能，风机的叶片直径一般较大，转动时产生的转动惯量
12、较大；3 大规模风电并网对系统稳定性的影响及研究进展大型风电机组多为异步发电机，发出有功的同时也从电网中吸收无功，其对无功的需求随着有功变化而变化。风电这种与生俱来的特性使得它成为不能进行自身调节的电源，因此导致了风电场和电力系统进行能量交换时存在随机性，改变了系统中的潮流分布，增加了接入点电网的负担，影响了电网电压和频率的稳定性。3.1 对电网的影响（1） 对电网稳定性的影响 风电场一般在电网的末端接入，而风电场的大规模异步风力发电机组向电网注入功率时也从系统吸收大量的无功功率，同时风电场出力的随机性造成了接入点的潮流是双向流动的，这在原有的电网的设计和建造时是未曾考虑的。随着风电场注入电网
13、的功率的加大，当地电网的电压和联络线功率会超出额定范围，严重时会导致电网崩溃。由于异步发电机具有规律恢复特性，在系统故障发生后，若风电机组在系统故障排除后能恢复机端电压并稳定运行,则地区电网的暂态电压稳定性便能得到维持；若风电机组在故障排除后无法恢复机端电压,风电机组将超速运行并失去稳定,破坏区域电网的暂态电压稳定性。此时,需利用风电场的无功补偿装置、风电机组的无功支撑能力在暂态过程中支撑电网电压,或者及时切除风电机组，以保证区域电网的暂态电压稳定性5。随着风力发电在整个系统中所占的比重越来越大，风电不稳定的有功功率输出对电网的功率冲击效应也将不断增大，严重情况下，将会使系统的动态稳定性被破坏，导致整个系统解列。 （2）对地区电网电压的影响风电机组的运行特
