风力发电及风电并网技术现状与展望

风力发电及风电并网技术现状与展望

发表时间：2017-11-24T11:26:50.037Z 来源：《防护工程》2017年第17期作者：刘文华[导读] 如二滩送出安全稳定控制、华中—西北直流背靠背联网安全稳定控制、三峡发输电系统安全稳定控制。

陕西黄河能源有限责任公司陕西 710061 摘要：近年来,越来越多的风电场开始接入更高电压等级电网。风电的大规模接入对电网的运行带来诸多方面的影响,如电网安全稳定、风电送出、调频调峰、电能质量、备用安排、运行单位众多协调困难等问题,不仅影响到电网的安全运行,也影响到电网接纳风电的能力。通过对风电进行有效的控制,可以在现有的网架结构、电源结构、负荷特性、风电预测水平、风机制造技术水平等条件下,提高电网接纳风电的

能力,保证电网的安全稳定运行。

关键词：风电并网；控制技术；现状

1电网风电控制现状

1.1电网安全稳定控制现状安全稳定控制是提高电网输送能力,保证电网安全稳定运行的重要手段,目前在电网中已有大量的应用。如二滩送出安全稳定控制、华中—西北直流背靠背联网安全稳定控制、三峡发输电系统安全稳定控制、江苏苏北安全稳定控制等。但国内电网用于提高风电送出能力的电网安全稳定控制系统还处于探索阶段,如甘肃嘉酒电网区域稳定控制系统、承德地区风电电网安全稳定控制系统等。其实现方法都是在电网故障情况下,通过采取紧急控制措施来提高正常情况下的风电送出能力。风电场往往远离负荷中心,而这些地区的网架结构一般比较薄弱,电网送出能力有限。如甘肃酒泉千万千瓦级风电基地目前已实现风电并网5600MW左右,到2015年风电装机容量将大于12000MW,但刚投产的750kV送出通道,以及原有的330kV送出通道,由于电网安全稳定问题,送出能力不能满足需求。因此,考虑风电特性的电网安全稳定控制系统还有待进一步研究和探索。

1.2风电有功控制现状

风电发展初期,从电网角度,一般将其作为负的负荷考虑,通过采取一些手段,提高电网接纳风电能力,不考虑控制风电。随着风电的快速发展,通过其他手段,如改善负荷特性、优化开机方式、部署安全稳定控制提高风电送出能力等,提高电网接纳能力已经不能满足风电全部并网的需求,需要控制风电。

电网公司在控制风电有功时,初期采取调度员人工控制的模式,经过一段时间的运行,发现人工控制存在如下问题:a)若调度端调节不及时,将威胁电网安全。b)场站端调节速率慢,电网需要留较大的裕度保证安全。c)在电网最大允许及风电出力一定的情况下,由于风电出力的随机性、间歇性,人工控制难以根据各风电场来风情况实时优化控制,易造成分配不公,且难以保证风电出力的最大化。d)风电运行单位众多,调度员压力较大。e)各风电场看不到其他风电场的计划及出力,不利于网源和谐。因此,风电有功控制需考虑电网的约束条件,实时计算电网最大可接纳风电能力,根据接纳能力的变化以及各风电场当前出力和风电场提出的加出力申请、风电功率预测,利用各风电场风资源的时空差异优化计算各风电场的计划,并下发至各风电场,各风电场有功功率控制装置根据该计划值进行控制。

1.3风电无功控制现状

目前国内实际投产应用的无功电压控制技术和装置,主要是通过对常规电厂、变电站的调节来实现无功电压控制的,并未将风电场纳入进来进行调节控制。风电的随机性和间歇性易造成电网电压波动大,无功补偿设备投切频繁,传统电压调节控制方式已不再适用。目前国内电网对风电场接入的技术管理规范均是针对单个风电场并网点的技术指标进行考核的。一般要求首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力,仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的,需在风电场集中加装无功补偿装置。实际运行的风电场都是根据自身并网点的考核指标进行无功电压控制来满足电网要求2风电场的控制现状

2.1风电场有功功率控制

由于风机协议的开放性差,目前风电场的有功功率控制功能模块一般部署在风机厂商提供的风电场集控系统上,对于由多种类型风机组成的风电场,其集控系统一般有多个。由于风电场的集控系统厂商众多,技术水平不一,而且风电场集控主站与风机自身的控制单元经常会出现通信异常,另外风电场的集控系统与常规电厂不同,其可靠性一般较低。即使在集控系统出现问题时,风电机组依然能够并网发电,因此单独依靠集控系统来调节风电场的有功功率,其可靠性不高,手段单一,难以满足电网控制需求。特别是紧急控制情况下,需要引入后备控制措施,所以风电场的有功控制一般采取如图1所示的模式。

图1

2.2风电场的无功电压控制

目前,风电场主要由双馈和直驱风电机组组成。从机组能力来看,双馈和直驱风电机组本身具备一定连续可调的无功功率范围。但由于国内风电机组一般采用恒功率因数控制模式,不具备机端电压调节功能,并且机组功率因数只能在停机状态下进行设定,不可在线调节,这对于保持系统的电压稳定性是非常不利的。

在风电发展初期,由于风电场数量不多,容量较小,且处于电网末端,恒功率因数控制模式对电压的影响范围有限。然而,随着大规模风电的集中开发,由于风电场群容量大,机组出力具有一定的空间耦合特性,因此风电的无功出力波动将急剧恶化局部地区无功、电压状况。对于风电场无功电压控制的研究,建议结合实际情况通过风电场接入电网专题来开展。

3风力发电的展望

国家制定了一系列技术标准，对于电网进行监控，多数电网都被纳入调度控制体系，同时也大规模进行电网接入工作，不断提高对于火力电机组的能力和控制问题，建立了很多设施建设。随着风电场持续增多，大规模风电也都集中接入电网，不断提高了可控性和增强了常规火电机组能力，主要措施可以分为几个方面：

（1）首先集中控制平台搭建，有效单一风场的随机性，形成了规模上和外部常规电厂电源，灵活的响应了电网调度，达到最大幅度电源利用效率，同时对于内部协调进行控制，进行了一定无功补偿设备，实现风电内部控制，使得运行不断优化和安全；（2）另外不断对于风电出力特性进行工作，对于风电机组和风电场群出力特性进行控制理论研究，从模型上考虑时间尺度资源问题和机组惯性问题，合理降低极端条件模型误差问题；（3）还有就是检测网络和风功率预测问题，风资源和风电场的检测网络和功率都是需要集中控制的基础工作，风电发达国家都建设全国性的测风网络，评估风能资源，以提高风电预测精度；（4）最后我们还要考虑到电力实时传输的要求，因此我们有必要扩大风电基地建设的区域，还需要建立非常合理的布局检测风资源网络气象数据，因为风功率预测系统研究都可以取得一定成果，同时也会受到天气预报影响。

4结束语

随着技术的不断发展，应该说风力发电技术已经得到了长远的发展，风电接入电网的比例也日益提高，这对减少煤炭发电污染和降低发经济成本环境成本都大有裨益，当然我们也需要看到我国的风力发电技术和风电并网技术同发达国家的一些差距，要不断大力投入力度，加快研究、设计和生产步伐问题，促进风电事业快速发展进步。

参考文献

[1]陈惠粉，乔颖，鲁宗相，闵勇，风电场群的无功电压协调控制策略[J].电力系统自动化，2010（18）.

[2]白建华,辛颂旭,贾德香,等.中国风电开发消纳及输送相关重大问题研究[J].电网与清洁能源,2010,26(1):14-17.