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如何理解规模风电并网的问题(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/8/6 11:16:37   

  所属频道:  风力发电    关键词:  风电并网 风电场

风电场的输出是由风速决定的,由于风速的不可控性,风电具有不确定性和易变性的特点。另外,目前风机的允许工作电压多为0.9~1.1 P.u.,在此范围之外时,风机会因保护动作而跳机,从而造成电网系统失去风电。如果不采用合理的并网技术,当风电接人到弱电网时或电网接入较高比例的风电时,会对电网稳态运行时的无功功率、有功功率、系统电压的控制和动态稳定性产生不利的影响。

1 风电并网需考虑的因素

风电并网需考虑的因素有:① 风电场无功容量;② 风电场并网点调节方式(功率因数调节或电压调节);③ 系统故障时风电场保持并网的能力;④ 有功功率变化率和减出力。

从并网方面开展上述分析的目的在于:① 评估风电场在不同的运行条件、控制方式和故障方式下,风电场对电网的影响;② 识别风电对当地电网引起的潜在问题;③ 识别可能引起风电场可靠运行的潜在问题;④ 使电网可有效地接纳风电,在满足电网安全运行要求下将风电输送到电网。

在风资源丰富的地区,会有许多风场接入同一输电系统。而常见的电网故障会导致风场并网点的电压跌落,从而导致常规的风机跳机。当风电比例较高时或者某地区风电特别集巾时,会导致系统在故障(紧急)条件下失去大量有功功率和无功功率,由单一故障发展为多重故障(线路跳闸,电厂跳闸),给电网的调度和运行带来困难,极大地影响电力系统的稳定性。

2 风电场电压调节

双馈感应电机(DFIG)是目前广泛应用的风电机组。由于有变频器,这种风电机组的特点是它本身具有发出和吸收无功功率的能力。在这种控制方式下,由于风电场的有功功率是随风速而变化的,并网点的功率冈数和电压都无法保持恒定,会随着风电场有功功率的变化而变化。因此需要配置相应的无功设备才能将并网点的功率因数保持恒定或将电压调节到一定范围内。

更为理想的调节方式是利用风机的无功容量,根据风场并网处的电压调节目标来确定当前运行工况下所需要的无功功率,相应地控制风场内各台风电机组发出或吸收的无功功率,从而达到控制并网点电压的目标。双馈感应电机的变频器无功功率调节响应速度快,调节性能平滑。随着风速的变化,它可实时根据并网点无功或电压的调节目标来控制风场内各风电机组发出或吸收的无功功率。此外这种方式对于系统的动态稳定性也有良好的支持作用。当系统有故障时,它能够在快速向系统注入无功功率(超过风机无功功率的稳态额定值)以支持系统电压,从而提高系统的动态稳定性。

3 风电场有功功率的控制

风电作为可再生能源,在保证系统安全运行的条件下,电网应优先接受风电场所能够发出的电能。但是南于风速的易变性和不确定性,在有些情况(阵风)下,风速快速变化时,会导致某一地区的风电在短时产生很大的变化,这对电网的稳定运行和调度是非常不利的,系统的稳定性和电能质量都会受到影响。因此有必要限制风电场的有功功率变化率,以利于电网的调度和稳定运行。我国的并网规范也对风电场的有功功率变化率有一定的要求。

当前先进的风电机组控制技术可快速精确地控制风机桨距角,从而快速地控制风电机组发出的有功功率。这就使得风电场可以根据电网调度和运行的要求,设定其有功功率变化率的最大值,在风电场运行过程中控制各台风电机组的桨距角(有功功率),从而使得整个风电场的有功功率变化率在规定的范围内。由于只是在短时间内限制了风场功率的最大变化率,这对于其发出的电量没有明显影响。图3为某风电场运行中的有功功率和有功变化率曲线,可见有功功率变化率被限制在设定的3 MW/min以内。

此外,当电网接入了大量风电时,在系统的某些极端情况下,如果风电能够参与系统的调频,会对电网的稳定运行有很好的作用。当前,风电机组桨距角快速控制技术使得风电场参与系统的调频成为可能。例如:在系统过频时,可快速降低风电的出力来参与系统的调频。当系统频率恢复后,再将风电恢复到正常运行时的状态,某风电场在系统频率过高时的响应如图4所示。由于减出力的时间很短,风电的电量损失是很小的。

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