第七讲 并网风电场的最大接入容量的确定
风电场接入电力系统技术规定
《风电场接入电力系统技术规定》全文所属分类: 新闻资讯来源: 国家标准化管理委员会更新日期: 2012-09-20 前言本标准根据国家标准化管理委员会下达的国标委综合【2009】93号《2009年第二批国家标准计划项目》标准计划修订。
本标准与能源行业标准《大型风电场并网设计技术规范》共同规定了风电场并网的相关技术要求，能源行业标准规定了大型风电场并网的设计技术要求，本标准规定了风电场并网的通用技术要求。
本标准规定了对通过110(66)kV及以上电压等级线路与电力系统连接的新建或扩建风电场的技术要求。
本标准实施后代替GB/Z 19963-2005。
本标准由全国电力监管标准化技术委员会提出并归口。
本标准主要起草单位：中国电力科学研究院。
本标准参加编写单位：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。
本标准主要起草人：王伟胜，迟永宁，戴慧珠，赵海翔，石文辉，李琰，李庆，张博，范子超，陆志刚，胡玉峰，陈建斌，张琳，韩小琪。
风电场接入电力系统技术规定1 范围本标准规定了风电场接入电力系统的技术要求。
本标准适用于通过110(66)kV及以上电压等级线路与电力系统连接的新建或扩建风电场。
对于通过其他电压等级与电力系统连接的风电场，可参照执行。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 12325-2008 电能质量供电电压偏差GB/T 12326-2008 电能质量电压波动和闪变GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波GB/T 15945-2008 电能质量电力系统频率偏差GB/T 15543-2008 电能质量三相电压不平衡GB/T 20320-2006 风力发电机组电能质量测量和评估方法DL 755-2001 电力系统安全稳定导则DL/T 1040-2007 电网运行准则SD 325-1989 电力系统电压和无功电力技术导则3 术语和定义下列术语和定义适应于本文件。
风电接入电网技术规定（4篇）
风电接入电网技术规定是制定风电发电设备与电力系统之间互联互通的技术规范，旨在确保风电的可靠、安全、经济、高效地接入电力系统，并保证电力系统的稳定运行。
本文将重点介绍风电接入电网技术规定的主要内容，包括电网对风电发电设备的接受能力评估、风电发电设备的并网技术要求、风电发电设备的调度控制要求等。
一、电网对风电发电设备的接受能力评估1. 电力系统应根据风电发电设备的装机容量、接入形式、接入区域等因素，对其所能接受的新风电并网容量进行评估，确定合理的接纳能力。
2. 电力系统评估接纳能力时应考虑到风电与其他电力源的配合程度、输变电设备的处理能力、电网保护系统的可靠性等因素，以确保电网的稳定运行。
3. 风电发电设备的接纳能力评估结果应按时更新，并向风电发电设备的建设和运维方提供。
二、风电发电设备的并网技术要求1. 风电发电设备应具备良好的动态响应能力，即能够快速响应电网的调度指令，并保持稳定运行。
2. 风电发电设备应满足电网的频率和电压稳定要求，且在电网故障出现时具备自动脱网保护功能。
3. 风电发电设备应满足电网的无功控制要求，以保持电网的无功平衡。
4. 风电发电设备的接入点应具备与电网的保护、自动化和通信系统的互联互通能力，以实现有效的监控和控制。
5. 风电发电设备的接入点应满足电网的功率质量要求，包括电压波动、谐波、间断等指标。
三、风电发电设备的调度控制要求1. 风电发电设备应按时响应电网的调度指令，包括增减出力、停机、并网等指令。
2. 风电发电设备的调度控制应考虑到电网运行的需求，如平衡负荷、调整电压和频率等。
3. 风电发电设备的调度控制应具备与电网调度系统的互联互通能力，方便电网对其进行调控。
4. 风电发电设备的调度控制应具备远程监控和遥控功能，以便实现对其操作和参数的监测和调整。
5. 风电发电设备的调度控制应满足电力系统的调度运行规程和安全运行要求。
四、风电发电设备的运行维护要求1. 风电发电设备应定期进行巡检和维护，以确保其正常运行和安全性。
第七讲 风力发电机组的并网运行2
对于一个并联在无穷大电网上的由 风力驱动的同步发电机，要增加它的输 出电功率，就必须增加来自风力机的输 入机械功率。而随着输出功率的增大， 当励磁不作调节时，电机的功率角δ 就 必然增大。图2示出同步发电机的功角特 。 性，可以看出，当δ =90 时，输出功 率达到最大值，这个发生在sinδ =1时的 最大功率叫做失步功率。
通过电流反馈对双向晶闸管导通角 的控制，将并网时的冲击电流限制在1. 5～2倍额定电流以内，从而得到一个比 较平滑的并网过程。瞬态过程结束后， 微处理机发出信号，利用一组开关将双 向晶闸管短接，从而结束了风力发电机 的并网过程，进入正常的发电运行。
（2）并网运行时的功率输出 感应发电机并网运行时，它向电网 送出的电流的大小及功率因数，取决于 转差率以及电机的参数，前者与感应发 电机负载的大小有关，后者对设计好的 电机是给定的数值，因此这些量都不能 加以控制或调节。并网后电机运行在其 转矩对转速曲线的稳定区域，见图4。
（1 ）同步并网 同步发电机与电网并联合闸前，为 了避免电流冲击和转轴受到突然的扭矩， 需要满足一定的并联条件，这些条件是： a)风力发电机的端电压大小等于电网的 电压；b)风力发电机的频率等于电网的 频率；c)并联合闸的瞬间，风力发电机 与电网的回路电势为零；d)风力发电机 的相序与电网的相序相同。
避免出现这种情况的办法，一是很 好地设计风轮转子及控制系统使其具有 快速桨距调节功能，能对风速的急剧变 化迅速作出反应；另一个办法是短时间 增加励磁电流，这样功率极限也跟着增 大了，静态稳定度有所提高；第三个办 法是选择具有较大过载倍数的电机，即 发电机的最大功率比起它的额定功率来 有一个较大的裕度。
该系统的反馈控制电路包括如下环节： ① 功率检测器。在系统输出端连续地测出功 率，并提供正比于实际功率的输出信号。 ② 功率变化检测器。对功率检测器的输出进 行采样和储存，以便和下一个采样相比较。在这 个检测器中有一个比较器，它与一个逻辑电路一 起去测定后一个功率信号电平比前一个信号电平 大还是小，当新的采样小于先前的数值时，逻辑 电路就改变状态；如果新的采样大于先前的数值， 逻辑电路就保持原来的状态。
基于粒子群算法的并网风电场最大接入容量研究
基于粒子群算法的并网风电场最大接入容量研究随着风电发电的普及和发展，风电场成为了最具代表性的新能源发电方式之一。
然而，由于风力资源的不确定性，风电场的接入能力成为制约其发展的瓶颈，因此，如何合理安排风电场的并网接入容量成为了一个重要的研究领域。
本文将介绍粒子群算法在并网风电场最大接入容量研究中的应用。
1. 粒子群算法原理粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）是一种计算智能算法，它是一种演化算法，最初由Kennedy和Eberhart于1995年提出，被广泛应用于全局优化问题中。
其基本思想是模拟鸟群飞行时的个体行为，即每个鸟将自己的飞行方向和速度与群体中最优鸟的飞行方向和速度相融合，从而达到全局寻优的效果。
在粒子群算法中，每个个体被定义为一个粒子，每个粒子的状态由位置和速度两个向量组成，位置表示搜索解空间中的一个候选解，速度表示该粒子在搜索过程中的搜索方向和速度。
群体中的每个粒子会根据自己当前的位置和速度情况，更新自己的位置和速度，同时也会根据已经发现的最优局部解和全局最优解对自己的位置进行更新，最终达到全局最优解。
2. 并网风电场最大接入容量问题并网风电场最大接入容量问题是指在风能资源、风机技术、电网电压等条件下，确定风电场的最大接入容量以满足电网需求的问题。
并网风电场最大接入容量问题需要考虑多个因素，包括风力资源、风机技术、电网电压和电网负荷等。
其中，最大接入容量的确定需要满足电网安全稳定运行的要求，同时也需要考虑风电场的经济性和环保性。
3. 基于粒子群算法的并网风电场最大接入容量研究粒子群算法可以有效地解决多维优化问题，因此在并网风电场最大接入容量研究中，可以通过构建适当的目标函数和约束条件，将该问题转化为多维优化问题，然后运用粒子群算法求解。
首先，建立并网风电场最大接入容量的目标函数。
由于并网风电场最大接入容量需要满足电网的安全稳定运行要求，因此目标函数应该从电网的稳定性和安全性两个方面考虑。
并网风电场接入容量极限的研究方法综述
并网风电场接入容量极限的研究方法综述闫征;朱良涛;衣庆圆【摘要】风电接入容量的确定受多方面因素影响,主要是保证系统频率和维持运行稳定性等方面的限制.在风电场的初期规划论证阶段,需要针对接入电网的的实际运行条件,进行差异性的系统计算分析.风电穿透功率(wind power penetration,WPP)通常被用来表征在满足运行约束条件下,系统可以承担的风电容量在总负荷中的占比.结合当前限制风电接入系统的多方面因素,文中介绍了风电场最大接入容量的分析方法及其适用范围.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2017(034)004【总页数】2页(P16-17)【关键词】风电场;穿透功率;最大注入功率;动态仿真【作者】闫征;朱良涛;衣庆圆【作者单位】青岛大学自动化与电气工程学院,山东青岛266071;青岛大学自动化与电气工程学院,山东青岛266071;青岛大学自动化与电气工程学院,山东青岛266071【正文语种】中文我国风能资源分布区域和能源需求中心的空间差异很大，风能资源丰富的地区多位于系统网架结构的边缘地带，大部分远离负荷中心[1]。
风能是一种清洁无污染的可再生能源，风电产业在我国保持高速发展。
受制于风力发电随机性、不稳定性的缺点，大型并网风电场的接入会改变系统之前的潮流分布。
由于局部电网条件的限制，需要对风电场注入功率进行优化分析。
为避免风电场成为系统稳定的干扰源，也要合理选择接入系统风电容量。
风电注入功率受到并网节点无功补偿量、系统运行方式和其它发电设备调节能力的影响[2]，另外，系统网架结构也制约着风电注入功率，可以总结为以下几个方面：(1) 风电场并网节点负载能力的强弱系统的不同节点并网风电容量差别很大，短路容量可以作为电网接入风电后网络强度的标志。
若节点功率变化程度相同，此时短路容量越小，节点电压的波动越大，可见风电接入容量增大，系统电压容易失稳。
(2) 风电场与系统的连接方式不同的并网电压等级、联络线长度以及阻抗参数的差别，将会造成风电与系统连接方式变化。
并网风力发电场的最大注入功率分析
2004年10月Power System Technology Oct. 2004 文章编号：1000-3673（2004）20-0028-05 中图分类号：TM614; TM711 文献标识码：A 学科代码：470·4051并网风力发电场的最大注入功率分析吴俊玲1，周双喜1，孙建锋1，陈寿孙1，孟庆和2 （1．清华大学电机系，北京市 海淀区 100084；2．华北电力设计院，北京市 西城区 100011）ANALYSIS ON MAXIMUM POWER INJECTIONOF WIND FARM CONNECTED TO POWER SYSTEMWU Jun-ling1，ZHOU Shuang-xi1，SUN Jian-feng1，CHEN Shou-sun1，MENG Qing-he2（1．Department of Electrical Engineering，Tsinghua University，Haidian District，Beijing 100084，China；2．North China Power Engineering Co., Ltd.，Xicheng District，Beijing 100011，China）ABSTRACT: The analysis of maximum power injection of wind farm is an important issue in the planning and operation of wind farm. Here, the steady state model for the asynchronous generator is established, an alternative iterative method is proposed to calculate the power flow of power system with wind farm connected, and then in the light of a practical wind farm the main factors influencing the determination of the maximum power injection of a connected wind farm are analyzed. The calculation results show that the operating mode of the power system, reactive power compensation of wind turbine and the ratio of reactance x to the resistance r of the tie-line to connect wind farm with power system are all important factors influencing the maximum power injection of the wind farm. For an actual wind farm, it is necessary to conduct systematic calculation and analysis in the eventual determination of its maximum power injection.KEY WORDS: Wind farm；Maximum power injection；Asynchronous generator；Power flow calculation 摘要：风力发电场的最大注入功率分析是风电场规划和运行的一项重要内容。
第七讲 并网风电场的最大接入容量的确定
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风电接入的电压问题是制约风电接入容量的主要因素。针对我国电力系统的具 体情况，详细分析的短路容量比是倒数关 系。
两个指标的讨论
风电穿透功率极限：是从全网的角度出发，表征一个给定规 模的电网最大可以承受的风电容量的大小，主要旨在考虑风 电场对系统频率的影响（功率大小对电网电压也有影响）
电力系统有一定的备用容量，能对风电引起的频率波动进行 跟踪调节。
静态安全约束和优化的方法
风力发电的接入改变了系统的电源结构和潮流分布，影响系统的静态安 全，同时风电的不稳定性对系统旋转备用容量提出了较高的要求，增加 了常规机组的运行成本。
将风电最大接入容量问题转化为在一定的安全约束条件下的风电功率 注入最大化的求解。优化的目标是系统中风电场的风电注入功率最大， 采用的静态安全约束指标应包括：功率的平衡，线路输送功率极限， 节点电压上下限约束，常规机组的出力限制等。 静态约束和优化的方法在确定风电注入功率极限的同时，还可以给出电 力系统内其他常规机组的最优运行调度方案。对风电场的并网运行和规 划具有一定的参考价值。 如何考虑风力发电厂并网运行的有关动态约束还需研究。
对于小电网，风电容量所占比重较大时，应考虑风电对系统 频率的影响 目前及今后二十年间，在我国大部分地区电网，风电的接入 对系统频率波动和频率稳定性的影响很小，不会对系统运行 造成威胁。
——确定风电穿透功率极限并不是目前亟待解决的问题
风电场电网接入技术及并网运行规程
风电场电网接入技术及并网运行规程随着全球对可再生能源的需求不断增加，风电成为了当前最为广泛使用的清洁能源之一。
风电场作为风能转化为电能的重要设施，其电网接入技术和并网运行规程的有效实施，对于确保风电产能释放、电网稳定运行以及实现可再生能源并网具有重要意义。
本文将深入探讨风电场电网接入技术和并网运行规程的相关内容，为风电行业的持续发展提供参考。
风电场电网接入技术作为确保风电场安全高效运行的基础，其主要任务是将风电场发出的电能安全送入电力系统。
首先，电网接入技术需要保证风电场的电能与电力系统的频率、电压等参数能够匹配，在不破坏电力系统稳定运行的前提下实现双方的互联互通。
其次，电网接入技术还需考虑到风电场的发电能力和变化情况，以确保电网供需平衡和稳定性。
最后，电网接入技术需要具备故障检测与处理机制，以及快速切除和重连电力系统的能力，以应对突发的故障情况。
在实际应用中，常见的电网接入技术包括并联运行技术、串并联技术和VSC-HVDC技术。
并网运行规程则是对风电场并入电力系统后的运行行为进行规范和管理的文件，其主要目的是确保风电场与电力系统之间的安全稳定运行。
首先，规程需要明确电力系统的要求和标准，以确保风电场在并入电力系统后能够满足其安全可靠性要求。
其次，规程需要制定风电场的运行参数和限制条件，以确保风电场在规定范围内进行电力调度和控制，并统一风电场各个环节的运行模式。
最后，规程还需要明确风电场与电力系统之间的通信和数据交互要求，以便实现双方之间的信息互通和监测控制。
要实施风电场电网接入技术和并网运行规程，需要考虑以下几个方面的问题。
首先，需要建立统一的标准和规范，以便不同地区和国家的风电场能够实现互联互通和相互协调。
其次，需要加强对风电场电网接入技术和并网运行规程的研究和开发，以满足不断变化的风电场和电力系统的需求。
此外，还需要加强对风电场运行状态的监测和控制技术的研究，以提高风电场的运行效率和可靠性。
风电场电网接入方案及电力系统规划
风电场电网接入方案及电力系统规划近年来，随着环保意识的增强和能源转型的推进，风能作为一种清洁、可再生的能源被广泛应用。
风电场作为风能的主要利用方式之一，其电网接入方案和电力系统规划至关重要。
本文将从风电场电网接入方案和电力系统规划两个方面进行探讨。
一、风电场电网接入方案风电场电网接入方案是指将风电场的发电功率引入到电力系统中的具体方案。
根据风电场的规模、地理位置和市场需求等因素，可以采用以下几种常见的电网接入方案。
1. 直接接入配电网：对于小型风电场来说，直接接入配电网是一种简单、经济的方案。
通过安装电压等级相匹配的变压器，将风电场的发电功率直接输送至配电网。
这种方案不仅能够满足当地居民和企业的用电需求，还能够将多余的电力供应给周边地区。
2. 并网发电：对于大型风电场来说，采用并网发电的方式更为常见。
这种方式需要建设专用的输电线路，并将风电场的发电功率与电力系统进行统一调度。
并网发电方案可以实现风电场的规模化利用，提高整个电网的供电可靠性。
3. 储能系统配合接入：为了提高风电场的发电可靠性和调峰能力，可以采用储能系统与电网接入相结合的方案。
通过将风电场的多余电力储存起来，在用电高峰期释放，从而实现平稳的电力供应。
这种方案可以有效减少因风速不稳定而引起的发电波动。
二、电力系统规划电力系统规划是指根据电力供需、电网接入方式和电力负荷等因素，对整个电力系统进行合理安排和布局的过程。
风电场的电力系统规划应该满足以下几个方面的要求。
1. 电力系统的可靠性：在规划电力系统时，应采用多元化的电源配置和故障隔离措施，确保电力系统的供电可靠性。
同时应对风电场的接入进行合理调度，避免过载和供电不足的问题。
2. 电力系统的稳定性：由于风速的不稳定性，风电场的发电功率会有一定的波动性。
因此，在电力系统规划中，需要考虑如何通过调度和储能系统的使用，保持电力系统的稳定运行。
3. 电力系统的经济性：在规划电力系统时，应综合考虑风电场的发电成本、输电线路的建设成本、维护成本等因素，寻求经济效益最大化的方案。
并网风力发电场的最大注入功率分析
并网风力发电场的最大注入功率分析一、本文概述Overview of this article随着全球能源结构的转型和可再生能源的大力发展，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已经在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
并网风力发电场作为风力发电的重要组成部分，其最大注入功率的分析对于保障电力系统的稳定运行、提高风电利用率、促进风电产业的可持续发展具有重要意义。
本文旨在探讨并网风力发电场的最大注入功率分析方法，为风电场的规划、设计和运行提供理论支持和实际指导。
With the transformation of the global energy structure and the vigorous development of renewable energy, wind power generation, as a clean and renewable form of energy, has received widespread attention and application worldwide. As an important component of wind power generation, the analysis of the maximum injected power of grid connected wind farms is of great significance for ensuring the stable operation of the power system, improving wind power utilization, and promotingthe sustainable development of the wind power industry. This article aims to explore the maximum injection power analysis method for grid connected wind farms, providing theoretical support and practical guidance for the planning, design, and operation of wind farms.本文将概述风力发电的基本原理和并网风力发电场的基本构成，为后续的分析提供基础。
风电接入电网技术规定
风电场接入电网技术规定1、风电场有功功率1.1 基本要求风电场具有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。
为了实现对风电场有功功率的控制，风电场需安装有功功率控制系统，能够接收并自动执行调度部门远方发送的有功出力控制信号，确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。
1.2 最大功率变化率风电场应限制输出功率的变化率。
最大功率变化率包括1min功率变化率和10min功率变化率，具体限值可参照表1。
表1 风电场最大功率变化率推荐值在风电场并网以及风速增长过程中，风电场功率变化率应当满足此要求。
这也适用于风电场的正常停机，但可以接受因风速降低（或超出最大风速）而引起的超出最大变化率的情况。
风电场最大功率变化率的确定也可根据风电场所接入系统的状况、其他电源的调节特性、风电机组运行特性等，由电网运营企业和风电场开发运营企业共同确定。
1.3 紧急控制在电网紧急情况下，风电场应根据电网调度部门的指令来控制其输出的有功功率，并保证风电场有功控制系统的快速性和可靠性。
a) 电网故障或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率，以防止输电设备发生过载，确保电力系统稳定性。
b) 当电网频率高于50.5Hz时，依据电网调度部门指令降低风电场有功功率，严重情况下可以切除整个风电场。
c) 在事故情况下，若风电场的运行危及电网安全稳定，电网调度部门有权暂时将风电场解列。
事故处理完毕，电网恢复正常运行状态后，应尽快恢复风电场的并网运行。
2、风电场无功功率2.1 无功电源a) 风电场应具备协调控制机组和无功补偿装置的能力，能够自动快速调整无功总功率。
风电场的无功电源包括风电机组和风电场的无功补偿装置。
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，在风电场集中加装无功补偿装置。
b) 风电场无功补偿装置能够实现动态的连续调节以控制并网点电压，其调节速度应能满足电网电压调节的要求。
风电并网对电网影响因素分析及解决措施
风电并网对电网影响因素分析及解决措施摘要：随着科技的不断发展，风电技术日臻成熟，智能电网建设的普及度显著提升，未来风电技术将会在电网中承担更重要的角色。
风力电场的不断推广及对电力网络的逐步渗透，对现代电力系统产生了显著影响。
由此可见，对风电并网的影响和相关策略研究具备现实意义。
关键词：风电并网；电压；影响1.风力发电发展概况在风力发电技术不断完善和成熟的前提下，风电并网成为了发展的重要趋势，而随着风电场在电力系统的作用不断提升，与并网后系统稳定性、电压波动和闪变、谐波等相关的研究不断增多。
风电并网的自然属性较强，相比于其他常规类型的电源并网有很大的差异性，尤其是大型风电场并入电力系统后，对电力系统的正常运转而言是一个重大挑战，高水平风电背景下，原有电力系统的运作方式也将受到挑战。
近些年来，随着变速恒频风力发电技术的不断发展和成熟，风力发电技术逐步取代了传统发电技术成为了主流。
现阶段，世界范围内对风电并网技术的关注度显著提升，主要表现在以下几个方面：系统应用方面的风电功率预测，风电波动性对系统工作的影响，风电应用后的电能质量问题，风电动态运作的特性问题，风电无功电压和参与电网的电压控制问题等。
2.风电并网对电网的影响因素2.1对电网频率的影响风速是一项不可控的因素，而风速的不稳定性也决定了风力的随机性。
风电并网后可能会出现电源稳定性差的问题，并网后可能出现的问题也是难以预测的，需要提前对相关问题做好防范。
系统中的风电容量处于较大比重时，如果出现了功率的随机性波动，将会对系统电量和功率的稳定性产生影响，不利于电力资源的质量控制，甚至导致敏感符合单元的非正常运转。
因此，风电并网后，电网的其他常规机组必须保持较高的响应能力，及时进行跟进调节，防止出现频率和电量的较大波动。
风电并网具备很大的不稳定性，一旦出现了停风或风速过大等突发情况，将会导致电网的频率不稳定，尤其是电网中的风电比重较高时，会威胁系统的输出稳定性。
我国电网接纳风电的最大容量及相应的对策研究
我国电网接纳风电的最大容量及相应的对策研究王龙辉;李永光;周侣;马昕霞;张丽华【摘要】以我国电网为研究对象,综合考虑全网中火电、水电以及核电对风电调峰的影响,运用电网中的供需平衡关系和发电机组调峰能力来计算我国电网在现有负荷下能够接纳的最大风电容量.该方法既满足电网的负荷平衡,又不会有过余电网出力,计算结果具有很高的可信度.依据该方法计算出2013年我国电网容纳风电容量为2.03×108 kW,考虑电网的安全性后缩减为1.29×108 kW,大于现有的风电并网容量7.72×107 kW,由此可见,我国风电有很大的发展空间.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)005【总页数】6页(P487-491,497)【关键词】风电并网;接纳能力;调峰;经济补偿【作者】王龙辉;李永光;周侣;马昕霞;张丽华【作者单位】上海电力学院,上海200090;上海电力学院,上海200090;国网杭州供电公司,浙江杭州310009;上海电力学院,上海200090;上海电力学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TK89;TM76我国风能资源丰富,根据2009年中国气象局开展的风能资源勘查与评价分析结果,我国风能开发潜力逾2.5×109kW.［1］根据国家能源局公布的数据,截止到2013年底,我国风电装机容量为1.37×108kW,装机容量仅占可开发风能的5.48%,发展潜力巨大.并网容量为0.77×108kW,年发电量为1.349×1011kW,全国弃风量为1.623 1×1010kW,平均弃风率为11%.由上述数据可知,目前电网中存在弃风限电问题,这制约了我国风电产业的发展.要解决电网弃风限电问题,必须了解电网中产生弃风的原因.我国风电场主要建设在“三北”地区,这些地区风力资源丰富,但是电网薄弱,负荷较小.［2］因此,风电并网需要考虑两种形式：一是将风电并入风电场所在地区的电网；二是将风电远距离输送到其他电网.由于电网接纳风电的能力与电网负荷成正比,［3］在风电场所在地区用电负荷小,电网消纳风电的能力有限,如果风电全部用在这些地区会造成严重的弃风现象.在远距离输送过程中,联络线输送能力的不足也是造成弃风现象的原因. 由此可知,在全国电网互联的情况下,解决弃风问题就是要增强电网接纳风电的能力,而电网接纳风电最大容量是电网接纳风电能力的一个重要指标.国内外对于风电并网容量的计算有很多研究,主要方法有以下3种.一是动态仿真法,［4-6］该方法是在确定的电网中接入假设的风电容量来验证电网是否稳定,再进行校验得到电网中容纳风电的容量.由于受计算量的限制,该方法无法全面考虑系统的各种运行方式、扰动情况和风况条件,只能用几种典型的运行方式求取风电场最大容量.二是数学优化法,［7-8］该方法可以考虑多种约束条件,建立目标函数求得风电并网容量,然后运用仿真系统对计算结果及优化做出验证.但该方法没有考虑风电并网的动态约束,而且只能计算出电网在某种特定运行方式下的风电并网容量.三是频率约束法,［9］在电网系统较小的情况下,风电的随机波动性和不稳定性对电网频率的影响较大,这时限制风电穿透功率的主要因素是频率波动和稳定性.该方法考虑到风电的不稳定性,同时考虑整个电网的安全性和经济性,这种分析法与电网结构没有关系,只与电网的负荷水平、电源性质及组成有关.本文根据供需平衡关系［10］和发电机组调峰能力［3,11-12］建立优化模型,计算我国电网接纳的最大风电容量.该方法从电网负荷的角度出发,用电网调峰能力来计算电网的风电接纳容量,不仅简化了求解模型,而且具有很高的可信度.计算的结果可用于指导我国风电场建设规模以及是否增加风电并网容量,使资源得到有效的利用.1.1 电网中供需平衡关系为了保证电力系统运行过程中的电能质量,电网需要满足在额定频率下系统有功功率平衡的要求,即所有发电机可用的有功功率之和至少等于系统负荷在额定频率下所吸收的全部有功功率、全部网络损耗和全部厂用电的总和.［10］除了满足有功功率平衡的要求外,在系统中还要有适当的备用容量.备用容量包括负荷备用容量、事故备用容量、检修备用容量和国民经济备用容量.因此,在电网中发电机的有功功率应大于电网中最大负荷、线路损耗和总有功功率备用容量之和,其关系式为：式中：PGNi——发电机i(i=1,2,3,…,m)的可用有功功率,kW；m——系统中发电机的总数；PLmax——全系统总的最大负荷,kW；ΔPmax——全系统的最大有功功率损耗和厂用电,kW；PR——全系统总有功功率备用容量,kW.1.2 接入风电的电网接纳能力计算在研究电网的接纳风电量中,本文主要根据电网的调峰能力来计算电网接纳风电的能力.风电并网后的调峰示意图如图1所示.由图1可知,风电并网后,由于风力发电的不稳定性和不可预测性,需要有一定量的备用设备为其调峰.在风电并网后,除了常规发电机组外,风电在电网中也成为了供电电源的一部分,随着风电场的规模越来越大,装机容量越来越多,并网风电在电网中逐渐成为主要的电源.在电网有功功率平衡关系式中要考虑风电因素,由于风力发电在电网中符合负调峰特性,［11］则式(1)变化为：式中：P'GNi——风电加入后常规机组的输出功率, kW；PWj——电网中接入风电的出力,kW.由于风力发电的随机波动性会对电网产生一定影响,要想在负荷一定的情况下,使电网中的发电量和负荷供求平衡,则需要对常规机组进行调峰.设k为常规机组的调峰系数,则调峰系数k的表达式为：［3］则式(2)可以改写为：式(4)就是电网中接纳风电能力的公式.在电网中风电发生变化后,常规机组就开始调峰,风电的出力变化要在常规机组的调峰能力以内,电网才能正常工作.2.1 调峰系数k的确定及调峰容量的计算在关于全国电网接纳风电容量的计算中,采用中国电力企业联合会公布的数据(2013年全国全年用电量和装机容量)来计算,全年全社会用电量为5.32×1012kWh.表1为2013年我国发电装机容量和设备平均利用小时数.机组调峰系数k是表征电网火电机组后夜降出力、参与电网调峰能力的参数.电网中火电机组的调峰能力与接纳风电量直接相关,小于等于100 MW的机组调峰系数为0.1,150 MW和200 MW机组调峰系数为0.4,大于等于300 MW的机组调峰系数为0.5.［3］设水电的调峰系数为1,且全部用于调峰.表2为电网中发电机组调峰能力.由表2可知,不同的机组容量其调峰系数也不一样,加权平均后调峰系数k=0.466.2013年底全国总装机容量为12.5×108kW,发电设备利用小时数为4 511 h,调峰总容量为全国总装机容量与调峰系数的乘积,即Pz=5.83×108kW. 2.2 系统中最大负荷的确定在计算全网负荷时,以全年12个月的负荷最小值作为全国电网负荷,得出电网中容纳风电的容量,表3为2013年每个月的平均用电量.由表3可知,我国总用电量在全国范围内1～2月份平均用电量最低为3.946×1011kWh,平均负荷为月平均用电量除以时间,则1～2月份平均负荷为PLmax=5.83×108kW.2.3 有功功率的备用容量和线路损耗的计算在电厂装机容量中包含备用容量,负荷备用容量一般取负荷的2%～5%,事故备用容量取系统最大负荷的5%～10%.［11］取电厂的备用容量的最大值,即负荷备用容量取负荷的R1=5%,事故备用容量取系统最大负荷的R2=10%.则总的备用容量为：厂用电和线路损耗中,输电网络的总有功功率损耗主要是线路和变压器中的功率损耗,在系统最大负荷期间约占总有功负荷的6%～10%.取线路损耗的最大值η=10%.厂用电中,火电厂约为5%～8%,水电厂约为0.1%～1%,核电厂约为4%～5%,则分别取厂用电的最大值.则厂用电和线路损耗的功率为：式中：Pm——全网火电发电量；Ps——全网水电发电量；Ph——全网核电发电量.在2013年1～2月份中火电发电量为6.34×1011kWh,水电发电量为8.2×1010kWh,核电发电量为1.55×1010kWh,将发电量除以每月时间得到的平均厂用电和线路消耗功率,带入式(6)得：2.4 接纳风电容量的计算由表2可得,参与调峰的机组总容量为9.70×108kW,将上面计算出来的ΔPmax和PR的数值代入式(4)得出：由式(7)结果可知,在不考虑电网线路限制和经济调度的条件下,依据电网调峰来求得接纳风电的能力,求出的值约为2.03×108kW,是我国现有并网容量7.72×107kW的2.63倍.为了使风电场并入电网后能正常运行,人们关心的主要问题是电力系统的某个节点能接纳风电场的最大容量,以及已有电网中允许接入的最大风电装机比例.电力系统某节点容纳风电的容量主要取决于该点的电压强度,而衡量某节点电压强度的指标是短路容量.［13］短路电流用I表示,线电压用U表示,则短路容量为：在电力系统稳定性分析中,主要有静态负荷模型和动态负荷模型两种.本文采用静态负荷模型来进行电网中容纳风电容量的验证.静态负荷主要由恒阻抗、恒电流、恒功率3部分组成,考虑负荷的频率调节效应,［14］则表达式为：式中：P0,Q0,U0——额定有功功率、无功功率和电压；P,Q,U——给定运行条件下实际有功功率、无功功率和电压；a1～a6——负荷随电压变化的系数；LP,LQ——频率变化1%时有功和无功负荷变化百分数.依据《风电场接入电力系统技术规定》第10.1条和11.1条,电压偏差范围为风电场并入网点的电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%.在正常运行方式下,其电压偏差应在标称电压的-3%～+7%.风电场的闪变值满足GB/T12326的规定,谐波值满足GB/T14549的规定,三相电压不平衡度满足GB/T15543的规定. 风电场接入电网后,风电场应在电力系统频率范围内按规定运行,如表4所示.［15］自然功率又称为波阻抗负荷,是表示输电线路输电特性的一个特征参量,用以估计超高压线路的运行特性.特高压线路和高压线路的自然功率相差很大.1 100 kV线路的自然功率约为5 280 MW, 500 kV线路的自然功率约为920MW,220 kV线路的自然功率约为175 MW.［15］未来我国电网朝着特高压电网发展,“三华”地区是我国电力负荷中心,将构建“三华”特高压同步电网.在这个电网中有显著的错峰、降低峰谷差,以及充分利用水电调节的能力,有利于提高风电的消纳能力.预计2020年在“三华”地区特高压电网消纳风电的能力约为1.03×108kW.［1］我国2013年电厂总装机容量为1.25×109kW,按照我国电网消纳风电比例,求出容纳风电能力约为1.29×108kW,是现有风电并网容量的1.67倍.在不考虑电网稳定性的情况下,依据电网中的供需平衡和发电机组调峰能力计算出电网容纳风电能力为2.03×108kW,考虑电网稳定性后,对计算结果进行修正,最终得到电网容纳风电能力为1.29×108kW,减少了7.40×107kW的容量.根据现有的研究结果可知,限制风电并网容量的因素主要有发电机组的调峰能力和用电负荷,以及风电场的接入点和经济调度等.由式(4)可知,增加电网中的用电负荷可以增加风电接入电网的容量.我国风电场主要集中在偏远地区,该地区电网负荷量小,这将限制风电的并网容量.风电的远距离输送是我国风力发电的主要现状,为提高风电并入电网容量,可以使风电在接入电网的局部地区就地消纳,消纳不了的电量通过电网中的联络线外送其他地区电网,这样就等同于风电场接入电网的负荷在增加,提高了风电的并网容量.并入电网的风电场呈分散式也将提高电网容纳风电的容量,其优势在于就地消纳性高,这将为建设风电场和风电并网提供很好的借鉴作用.在电网中,由于不同类型和不同容量的发电设备有不同的调峰能力,大容量机组调峰能力优于小容量机组,水力发电厂发电启停方便,可快速参与电网调峰,且调峰能力大于一般火电厂,因此应大量建设调峰能力强的调峰机组,提高电网的调峰能力来满足调峰需求.在研究电网调峰分配问题上,一些研究者用风力发电量的多少来指导大规模风电并网后电力系统的经济调度.［16-17］采取有效的调度方式,对增大电网中风电容量至关重要.在市场机制作用下,参与调峰的发电企业的经济效益将不能最大化,应该制定相应的调峰权和调峰权交易规则,［18］使参与调峰电厂能够在不满发的情况下得到一定的政府补助,实现风电并入电网的最大化.在解决上述问题后,我国电网接纳风电能力将大大提高,新能源的利用比例也将增大,可适当缓解能源危机,改善环境问题.(1)根据我国2013年供电数据,考虑电网中供需平衡关系和发电机组调峰能力,计算出我国现有电网中可以容纳风电容量为1.29×108kW,仍可增加67.19%的风电并网容量,风电发展仍有很大潜力.(2)提高电网接纳风电能力的措施有：在电网中建设调峰能力强的发电机组,并对参与调峰的机组进行合理调度；增加电网中的用电负荷和加强联络线的通电能力建设,将偏远地区风电输送到负荷大的地区；将风电场分散接入电网,有助于提高电网消纳风电的能力.(3)在风电并网中,大规模发电机组参与调峰势必带来不合理的经济调度问题,由于不能使发电企业亏损,因此要对各个发电企业的调峰合理分配,并给予适当的经济补偿.【相关文献】［1］刘振亚.中国电力与能源［M］.北京：中国电力出版社, 2012：104-180.［2］董丹丹,赵黛青,廖翠萍.我国的风电技术和风电发展［J］.可再生能源,2007,25(3)：72-75. ［3］徐也童.大规模风电并网稳定性研究及调度方案设计［D］.北京：华北电力大学,2012.［4］吴俊玲,周双喜,孙建锋,等.并网风力发电场的最大注入功率分析［J］.电网技术,2004,28(2)：28-32.［5］MORREN J,HAAN De SW H.Maximum penetration level of distributed generation without violating voltage limits［J］. Smart Grids for Distribution,2008.IET-CIRED.CIRED Seminar,2008(23-24)：1-4.［6］申洪,梁军,戴慧珠.基于电力系统暂态稳定分析的风电场穿透功率极限计算［J］.电网技术,2002,26(8)：8-11.［7］郑国强,鲍海,陈树勇.基于近似线性规划的风电场穿透功率极限优化的改进算法［J］.中国电机工程学报,2004 (10)：70-73.［8］雷亚洲,王伟胜,印永华.一种静态安全约束下确定电力系统风电准入功率极限的优化方法［J］.中国电机工程学报, 2001,21(6)：25-28.［9］宋联庆,何进武,闫广新,等.并网风电场穿透功率极限确定方法探讨［J］.可再生能源,2009(3)：36-39.［10］夏道止.电力系统分析［M］.北京：中国电力出版社,2010：119-121.［11］杨宏,刘建新,苑津莎.风电系统中常规机组负调峰能力研究［J］.中国电机工程学报,2010(16)：26-31.［12］吴秋兵.电力系统接纳风电能力的评估方法研究［D］.北京：华北电力大学,2013.［13］王海云,王维庆.风力发电基础［M］.重庆：重庆大学出版社,2010：130-135.［14］国家电力监管局委员会安全监管局.风力发电场并网安全性评价依据［M］.北京：中国电力出版社,2012：2-5.［15］张宁.提高特高压电网输电能力研究［D］.济南：山东大学,2008.［16］王正明,路正南.风电项目投资及其运行的经济性分析［J］.可再生能源,2008(6)：21-24. ［17］夏阳,王革华,赵勇.中国风电并网若干问题的博弈研究［J］.可再生能源,2005(1)：3-6. ［18］高志华,任震,黄雯莹.电力市场中调峰权及其交易机制［J］.中国电机工程学报,2005(5)：90-94.。
北京电网风电可接入容量分析
北京电网风电可接入容量分析作者：周运斌来源：《价值工程》2012年第22期摘要：大容量风电并入电网后，风电出力的随机性、运行方式的复杂性对电网的安全稳定运行带来了极大的挑战。
文章在分析风电场对系统电压、频率和静态安全的基础上，讨论了影响系统消纳风电的主要因素，并结合北京电网及已并网风电场的运行特点，详细计算了北京电网在不同负荷水平、不同运行方式下，可消纳风电的最大容量。
关键词：北京电网；风电；接入；容量中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）22-0086-030 引言随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，国家的“十二五”计划强调了节约能源的重要性，并鼓励我国大力发展可再生能源，尤其是利用风能、太阳能等发电。
2007年北京市能源集团在延庆官厅建立了北京首座风电场。
一期工程总装机4.95万千瓦，安装风机33台， 2010年一月份又投入24台，现在一共有100台风机，总装机150兆瓦。
1 风电最大接入容量分析概述风力发电机组是一种特殊的发电设备，从环境保护和可再生能源利用的角度考虑，希望尽量扩大风力发电的规模，而风电本身的特点使得它的并网运行对电网的电能质量以及安全稳定运行构成一定的威胁。
一方面，风力发电利用自然风，因此风电场的选址主要受风资源分布的限制。
然而风力资源较好的地区往往人口稀少，负荷量小，电网结构相对薄弱，风电功率的注入改变了局部电网的潮流分布，对局部电网的电压质量和稳定性有很大影响，限制了风电场接入系统的方式和规模。
另一方面，风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况，风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。
在现有的技术水平下风力发电还无法准确预报，因此风电基本上是不可调度的。
1.1 影响北京电网风电接入容量的主要因素风电接入容量的大小不仅取决于风电场的运行特性和系统中其它发电设备的调节能力，还与风电接入的系统的网络结构等诸多因素密切相关。
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地区负荷特性
风电场附近地区负荷的电压调节特性。 电动机低电压下吸收 无功急剧增加。
负荷的频率调节特性 风机、水泵 负荷对电压和频率质量的要求
负荷对电能质量的要求过高将会限制系统所能承受的最大风电 功率。
确定风电接入容量的主要分析方法
时域仿真法 稳态潮流仿真法 静态安全约束和优化的方法 频率约束法
应该给出一套切实可行的分析方法。
风电场接入点PCC的负载能力的强弱
可用PCC的短路容量来表征，它决定了该网络承受风电扰动的 能力。短路容量越小，点电压对功率变化的敏感度越大，承受 风电功率扰动的能力也越差
这是网络的特性，是风电对网络的要求 风电接入电网的电压等级高，PCC点短路容量大；
改变网络结构（单回、双回线等），也改变PCC点短路容量
降；增强系统中其它机组的频率和电压调节的响应能力可以改 善风电功率变化造成的系统频率和电压的波动。
风电机组的类型和无功补偿状况
恒速恒频风电机组，即恒速风机—异步发电机组，结构简单、造价低、过载 能力强。但异步发电机本身没有励磁环节，需要从网络吸收无功功率以建立 磁场，因此，风电机组的无功补偿状况对风电场的输出特性有很大影响，进 而影响风电的最大接入容量。安装动态无功补偿装置（如SVC、SMES等）， 可以提高风电系统的电能质量和稳定性，也能够有效提高风电最大接入容量
时域仿真法
该方法的思路是假定一个风力发电场的输出功率水平，然后选取几个典 型的系统运行方式，通过数字仿真的方法检验系统在该水平的风电冲击 下是否会失去安全性和稳定性，进而确定允许的风电场接入容量，并通 过改变系统参数和运行方式来分析影响风电最大接入容量的因素。
变速恒频的风电机组的成本较高，但是风能利用率高而且具有电压调节能力， 与电网之间的相互影响较小。 变பைடு நூலகம்风机的桨距角调节装置通过采用适当的控制策略，可以有效地提高风电 机组的效率，在一定程度上降低风速的波动对网络的影响。 双馈感应发电机的转子通过换流器与电网相连，可以调节风电机组的功率因 数，改善风电系统的运行特性，在提高风电最大接入容量方面有很大潜力
风电场额定容量 Pwind
风电场与电力系统连接 点的短路容量
100%
Ssc
注：电力系统中的短路比和风电中用的短路容量比是倒数关 系。
两个指标的讨论
风电穿透功率极限：是从全网的角度出发，表征一个给定规 模的电网最大可以承受的风电容量的大小，主要旨在考虑风 电场对系统频率的影响（功率大小对电网电压也有影响）
风电场与电网的连接方式
接入电网的电压等级； 联络线长度和阻抗参数 联网方案：交流、直流、接入母统、接
入馈线 线路的x/r的大小不同将会影响风电场
和局部电网节点电压的分布，对风电场 的接入容量也有一定的影响。
系统中常规机组的调节能力的大小
旋转备用容量的大小 机组的电压调节能力（包括SVC等） 机组的频率调节能力（包括SMES等） 充裕的旋转备用容量，防止失去风电容量后造成系统频率的下
电力系统有一定的备用容量，能对风电引起的频率波动进行 跟踪调节。
对于小电网，风电容量所占比重较大时，应考虑风电对系统 频率的影响
目前及今后二十年间，在我国大部分地区电网，风电的接入 对系统频率波动和频率稳定性的影响很小，不会对系统运行 造成威胁。
——确定风电穿透功率极限并不是目前亟待解决的问题
小（X小），联接紧密。风电场接入点的短路容量反映了该节点的电压对风电注 入功率变化的敏感程度。风电场短路容量比小表明系统承受风电扰动的能力强。 用短路容量比这一指标表示风电场接入规模的大小，是从风电场所在的局部电网 出发，重点考察风电功率的注入对局部电网的电压质量和电压稳定性的影响。
我国适合建设风电场的地区一般电网结构相对薄弱。在许多情况下不可能满足风电场短路容量比为 3.3%～5%的要求，根据几个电力系统的初步计算，即使风电短路容量比以10%来计算，在电网末 端的边缘地区建设30～50MW及以上的风电场也可能存在困难。
对局部电网的电压质量和稳定性有很大影响 风电场往往在电网结构薄弱的地方，它制约了风电场接入系统的方式和规
模。
衡量可接入电网的风电场规模的两个指标
国内外研究较多的两个指标 （1）风电穿透功率极限
风电穿透功率极限＝
系统能够承受的最大 风电场装机容量 100%
系统最大负荷
（2）风电场短路容量比
风电场短路容量比K＝
— 风电接入的电压问题是制约风电接入容量的主要因素。针对我国电力系统的具 体情况，详细分析这一指标具有重要的现实意义。
影响风电接入容量的主要因素
风电场接入点PCC的负载能力的强弱 风电场与电网的连接方式 系统中常规机组的调节能力的大小 风电机组的类型和无功补偿状况 地区负荷特性 — 要确定风电场的合理的建设规模和最大接入容量，
第七讲 并网风电场的最大接入容量的确定
—衡量风力发电场接入电力系统对电力系统影 响的两个指标—风电场穿透功率（wind power penetration）和风电场与接入点短路 容量比的讨论
—确定风电场建设规模（风电场的注入功率） 的依据；
并网风电场最大接入容量问题
必要性 衡量风电场装机规模的两个指标 影响风电接入容量的主要因素 主要分析方法 实例分析
两个指标的讨论（续）
风电场短路容量比：是从风电场所在的局部电网出发，重点考察风电功率的注
入对局部电网的电压质量和电压稳定性的影响。 系统中不同点短路容量不同，风电场短路容量是指PCC点的值，一般是指风电场
（不是风机）变电站的高压侧出口。 短路容量表示网络结构的强弱，短路容量大说明该节点与系统电源点的电气距离
并网风电场最大接入容量问题（续1）
必要性
从环境保护和可再生能源利用的角度考虑，要尽量扩大风力发电的规模 风力发电的波动性和间歇性对电网的电能质量以及安全稳定运行构成一定
的威胁 从电网的角度看: 并网运行的风电场相当于一个具有随机性的扰动源，难以
预报和调度，对电网的可靠运行造成一定影响 从风电场接入的局部地区看: 风电功率的注入改变了局部电网的潮流分布，