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1、风电并网的不利影响及分析一、风电并网的不利影响案例分析1、加拿大阿尔塔特电力系统截至2008年，加拿大的阿尔伯塔电力系统（ATES）共有装机约280台，总容量12 368 MW。其中，煤电5 893 MW,燃气发电4 895 MW （热电联产约3 000MW）,水电869 MW,风电 523 MW,生物质等其他可再生能源214 MW。阿尔伯塔的风电开发意向己达到11 000 MW,几 乎与目前系统的装机容量相当，这在给A1ES带来巨大机遇的同时也带来了挑战。因为，大 规模的风电接入会增加系统发电出力的不稳定性，降低系统维持供需平衡的能力。A1ES的 装机以火电为主，且调节能力有限，系统备用容量
2、也有限，电力市场的可调发电出力的灵活 性不高，对外联络线的潮流交换能力相对有限。因此，系统需要增强调节及平衡能力和事故 响应能力，否则难以应对风电出力变化给系统带来的巨大压力。电力生产和使用必须同时完成的特点决定了系统运行必须维持每时每刻的供需平衡。供 需失衡会引起发输电设备跳闸、负荷跳闸甚至系统崩溃等事故。因此，维持系统的实时平衡 是一个非常艰巨的任务，而大规模的风电并网，会从以下4个方面影响系统供需平衡：（1）能否准确预测供需走势。预测是实施供需平衡调节的基础。供需差E能来源于负 荷、潮流交换、间歇性电源等的变化。供需走势的预测对于系统运行至关重要。预测越准确, 相关的运行决策越准确，运行
3、人员越容易维持系统稳定。而目前的风电预测，远不能达到系 统运行对预测精度的要求，给大规模风电并网的系统运行带来很大隐患。（2）需要足够的系统调节平衡资源来提升系统应对风电出力变化和不确定的能力。系 统调节平衡资源是指能被随时调度的、能维持系统平衡的调节备用容量、负荷跟踪服务等运 行备用。由于风电出力变化和不确定，导致系统必须维持很高的系统调节资源以作备用，降 低了系统资源的利用率。否则，系统将无法应对风电出力变化和不确定性，影响系统的安全 可靠运行。（3）亟须建立相关的系统运行操作规程。为了保持系统的有效运行，必须提前研究并 制定相关的系统运行操作规程，并纳入己有的运行规程以指导调度人员。由于
4、人们对风电出 力变化和不确定的了解还处于起步阶段，所以相关的运行规程还属空白。（4）调度人员要学习并掌握应对风电出力变化和不确定影响的能力。拥有充足的系统 调节平衡资源、建立相关的规程、具有可操作性的预测结果，加上操作人员多年的经验积累, 在对系统特性有足够了解的基础上，才能准确地判断并作出正确决策，实现系统操作安全、 可靠、及时。面对大规模的风电并网给系统运行带来的巨大挑战，调度人员需要学习如何应 对风电出力变化和不确定给系统运行带来的复杂局势。对于一个独立系统，供需不平衡可能导致系统出现频率偏差的情况，对于一个互联系统, 供需不平衡可能导致系统从主网解列。特别是，阿尔伯塔系统的风电开发意向
5、己远远大于其 承受范围，所以面临的问题更加严峻。胡明：阿尔伯塔风电并网对系统运行的影响和对策；电力技术经济；200942、辽宁电网预计在2010年底，辽宁电网的风电装机容量达到340万kW, 2015年风电装机容量达到787 万风电的大规模集中并网将给江宁电网的调峰调频、联络线控制、系统暂态稳定、无功 调压及电能质量等诸多方面带来直接影响，给电力系统的安全稳定运行带来新的挑战。（1）导致系统调峰难度增加由于风电运行的不确定性，其功率波动常会与用电负荷波动趋势相反，即在负荷高峰时 段可能无风可发，而在负荷低谷时段又可能来大风而需要满发4 o同时风电机组功率由风速 决定，功率变化速率较快，从而还要
6、求系统为之提供足够快的调峰速率。因此,风电的运行相 当于产生了 “削谷填峰”的反调峰效果，进一步加大了电网的等效峰谷差，恶化了系统的负荷 特性，扩大了全网调峰的范围，因此必须要在全网范围内统一留取充足的正向、负1何旋转备用 容量。（2）影响系统频率和省际联络线调节的稳定性东北地区风能的特点是能量足、变化快、时空分布不确定性强，因此风电运行呈现功率 瞬时突变的特征。从目前已并网的风电机组运行特性来看,阜新、铁岭、大连等地区的风电 场出力经常在数分钟之内就产生100250 MW的升降，造成系统的频率突变和省际联络线功率 产生较大偏差。风电机组.本身对于系统频率的跟踪调节能力十分有限,风电机组本身的
7、稳定 运行状况反过来又会影响系统的频率调节，从而导致频率特性的进一步恶化。因此，对于大规 模风电功率波动的控制还要有能够满足风电场功率瞬时骤变的系统调峰速率。（3）导致潮流断面重载增加并降低系统稳定风电场的地理位置基木上处于远离负荷中心的主网架末端，一般接入到网架结构比较 薄弱的配电网上，因此当其大规模集中发电时可能造成上网点附近多个输送断面的潮流发生 重载。同时由于风电输送的“电气距离”相当远,大量运行的风电机组又使得系统转动惯量 变小，因此一定程度上减弱了系统对振荡的阻尼作用，降低了系统运行的稳定性。（4）增加系统无功调节难度且降低电网抵御故障的能力风电场在正常运行时需要吸收大量的无功功率
8、来建立旋转磁场，其无功需求一部分可 通过自身的无功补偿设备来提供，另外相当一部分仍需从主网来吸收。因此大规模风电场的 集中运行,必将提高从电网中吸收的无功功率，进一步增加线路、变压器等设备的损耗，降低 系统的无功储备度。这就一方面要求需在风电场附近的厂站合理配备一定容量的无功补偿设 备，另一方面则必须要提高系统的无功调节能力，从而增加了系统电压调节和无功管理方面 的难度。同时，由于风电机组本身对电压儿乎不具备任何调节能力，其低电压保护的动作限值一 般仅设置到0. 7-0. 9倍的额定电压，在母线电压发生小幅的扰动时，风电机组就会简单地切除 以保护日身设备。当系统发生较严重的故障引发大面积电压跌
9、落时，集中运行的风电机组又 会瞬时成批地解列,造成恶劣的连锁反应和对系统的二次冲击，共至可能会诱发系统振荡和 电压崩溃。因此风电的大规模集中并网运行，会进一步降低电网对故障的抵御能力，对电网的 安全稳定控制提出了更高的要求。许睿超，罗卫华：大规模风电并网对电网的影响及抑制措施研究；东北电力技术，2011 23、吉林电网（1）大规模风电接入对电网暂态稳定性的影响如果地区电网足够强壮,则系统发生故障后风电机组在故障清除后能够恢夏机端电压并 稳定运行,地区电网的暂态电压稳定性便能够得到保证;如果地区电网较弱，则风电机组在系 统故障清除后无法重新建立机端电压,风电机组运行超速失去稳定，就会引起地区电网
10、暂态 电压稳定性的破坏，此时，需利用风电场或风电机组的保护将风电场或风电机组切除以保证 区域电网的暂态电压稳定性;或者通过在风电场安装动态无功补偿装置、及利用变速风电机 组的动态无功支撑能力在暂态过程中及故障后电网的恢夏过程中支撑电网电压，保证区域电 网的暂态电压稳定。（2）风电机组低电压穿越能力问题低电压穿越（LVRT）指在风机并网点电压跌落的时候风机能够保持并网，甚至向电网提供 一定的无功功率，支持电网恢发电压，直到电网恢殳正常，从而“穿越”这个低电压时间。当 风电在电网中所占比例较低时，若电网出现故障，风机就实施被动式自我保护而立即解列，不 用考虑故障的持续时间和严重程度，从而最大限度地
11、保障风机安全，这种情况是可以被接受的。然而，当风电在电网中所占比例较大时,若风机在系统发生故障时仍采取被动保护 式解列方式，则会增加整个系统的恢复难度，甚至可能加剧故障，最终导致系统其他机组全部 解列，此时对风电机组必须要求风电机组具有相应的低电压穿越能力，且必须采取有效的低 电压穿越措施，以维护风场电网的稳定。迟永宁等：大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定问题及对策；电力设备，2008 11二、调度等方面问题分析1、风电并网对系统运行成木和电网调度运行的影响(1) 风电并网对系统运行成本的影响。风力发电的运行成本与火电机组相比很低，甚至可以忽略不计。但是风力发电的波动性 和间歇性使风电场的
12、功率输出具有很强的随机性，目前的预报水平难以满足电力系统实际的 运行需要。为了保证风电并网后系统运行的可靠性，需要在原有运行方式基础上，额外安 排一定容量的旋转备用以维持电力系统的功率平衡与稳定。可见风电并网对整个电力系统具 有双重影响：一方面分担了传统机组的部分负荷，降低了电力系统的燃料成本，另一方面 又增加了电力系统的可靠性成本。伊雪峰，姚兴佳.风电成本及影响因素分析J.农村能源，1996 (1) : 30-32.文献以美国最近完成的风电项目为例，介绍了一种估算风电成木的简易方法，分析了影 响风电成本的主要因素，着重阐明了现代技术在降低成本中的作用。俞海淼，周海珠，裴晓梅.风力发电的环境价
13、值与经济性分析J .同济大学学报，2009, 37 (5) : 704-707.文献在现有排污收费标准和美国环境价值标准的基础上以预防污染发生的代价作为环 境成木，对风力发电的环境价值以及风电和火电经济性展开分析研究，结果表明风电具有良 好的经济性和广阔的发展前景。(2) 风电并网对电网调度运行的影响。风电接入给电网带来的调度问题及额外备用容量的要求完全是由于风的随机及间歇特 性引起的。在风电功率无法预测时，电网必须按比较保守的方案为风电留出足够的备用容量 以平衡风电功率的波动；而当风电功率可以预测并且有足够的精度时，将风电功率作为负的 负荷叠加到负荷预测曲线上，就可以像传统的电力系统调度方式
14、样根据预测的负荷与风电 功率安排常规机组的发电计划，从而优化发电机组的开机组合，降低整个电网运行的费用。袁铁江，晁勤，吐尔逊伊不拉音，等.电力市场环境下含风电机组的环境经济调度模 型及其仿真J.电网技术，2009, 33 (6) : 67-71.文献提出了火电机组名义环境补偿成本，同时考虑了风电备用容量补偿成本，建立了电 力市场环境下含风电机组的环境经济调度模型。为了降低风电接入对电网调度的影响及对备 用容量的要求，进行风电功率预测是十分必要和迫切的。王丽婕，冬雷，廖晓钟，等.基于小波分析的风电场短期发电功率预测J.中国电机工 程学报，2009, 29 (28) : 30-33.文献采用小波分
15、析和人工神经网络结合的方法对风力发电功率短期预测进行研究，通过 小波变换将信号分解为不同频段的子序列，利用神经网络对各子序列分别建模预测，最后将 预测结果叠加。文献8建立了风电功率预测的神经网络模型，分析了实测功率数据、不同 高度的大气数据对预测结果的影响，建立了基于神经网络的误差带预测模型，实现了误差带预测O(3) 风电并网对电能质景的影响风电场并网运行会在一定程度上影响电能质量。主要包括电压、频率、谐波、电压波动 和闪变以及电压暂降等几个方面，其影响程度与风电机组的类型、控制方式、风电场布置、 所接入系统的短路容量以及线路参数等诸乏因素有关。随着风电场的容量越来越大，这种影 响也越来越大。
16、高玉洁.风电场接入电网后的电能质量问题分析J.南方电网技术,2009,3(4)： 68-72.文献从不同方面介绍了风电并网对电能质晕:的影响。张国新.风力发电并网技术及电能质量控制策略J.电力自动化设备，2009, 29 (6): 130-133.文献对几种并网技术所带来的电能质量问题的控制策略进行了总结。(1) 频率。风电场与常规电源的最大区别在于其输出功率的间歇性，间歇性波动的风 电功率使风电场所接入系统的潮流经常处于一种重新分配的过程，除影响电压外，也在一 定程度上影响系统的频率。对一个地区，如果风力发电容量超过地区总装机容量的某一比例, 就有必要采取措施，增加调频容量。(2) 无功电压。电压偏差问题属于电网的稳态问题。大幅度波动的风速引起风电机组 出力波动较大，所以风电功率的波动导致电网内某些节点电压偏
