新能源发电及并网技术
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P8
1. 风力发电的基本原理及结构
1.2 风力机的类型P9源自1. 风力发电的基本原理及结构
1.2 风力机的类型
P10
1. 风力发电的基本原理及结构
风力机基础理论
贝茨（Betz）理论
假定风轮是理想的，没 有轮毂，叶片无穷多， 并且对通过风轮的气流 没有阻力。纯粹的能量 转换器。 根据该理论可 以计算风轮获取的风能 和功率。
节特性明显，增加系统调峰难度。
负荷曲线
8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
负荷曲线 风电功率曲线 等效负荷曲线
0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104112120128136144 时间（h）
风电出力曲线
P33
功率（MW）
风力发电系统的基本结构和工作原理
离网型
并网型
P14
1. 风力发电的基本原理及结构
恒速恒频风力发电系统
P15
1. 风力发电的基本原理及结构
变速恒频风力发电系统
P16
1. 风力发电的基本原理及结构
变速恒频风力发电系统
P17
G128-4.5MW 半直驱
2019年底Gamesa 在西班牙 Cabezo Negro安装了半直驱的G128--4.5MW风电机组 .风轮直径 128米，机头重量250吨
由于风电出力快速增 长，导致白城电网同发 风电场母线电压最低下 降到213kV，并大幅波 动。
kV
235
230
225
220
215
210
7:40
7:45
7:50
7:55
8:00
8:05
时间
8:10
8:15
8:20
8:25
白城变220kVII母线电压幅值(ab) 镇赉变220kV主母线电压幅值(ab) 同发风场220kV东母线电压幅值(ab)
功率（MW）
10000
8000
6000
负荷曲线
4000 风电出力曲线 2000
等效负荷曲线
0 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104112120128136144 时间（h）
增加旋转备用容量带来不利影响
P34
（2）电压控制问题 我国风电接入地区大多处于电网末端，风电功率的大幅度变化，导 致电网运行电压调整十分困难，影响系统电压稳定。
大安变220kV主母线电压幅值(ab) 洮南变220kV主母线电压幅值(ab) 长山电厂220kV北母线电压幅值(ab)
P35
（3）安全稳定问题 风电大规模并网后，电网稳定运行的风险增加。
系统潮流多变，断面运行控制困难； 系统惯量下降，动态稳定水平降低； 故障后风电无法重新建立机端电压，导致电压失稳； 风电机组没有低电压穿越能力，在系统扰动造成电压的瞬
P3
中国的能源状况
中国是一个能源资源相对贫乏的国家，人均占有能源资源仅相当于世 界平均数的一半。
主要化石资源占世界资源的比例和排名
煤
11.6%
石油
1.7%
天然气
1.0%
第3位 第11位 第18位
P4
中国的能源状况
我国化石能源的结构：石油、天然气资源数量明显低于世界 平均水平,资源构成以劣质能源为主。
70 26
(%) 82% 14% 1.9% 0.7%
合计
874
100%
3664
100%
P6
1、风力发电的基本原理及结构
P7
1. 风力发电的基本原理及结构
1.1 风力发电机组的基本原理及结构
工作原理
风以一定的速度和攻角流 过桨叶，使风轮获得旋转 力矩而转动，风轮通过主 轴联接齿轮箱，经齿轮箱 增速后带动发电机发电
P29
千万千瓦级风电基地跨区域输电方案
P30
3、风力发电并网中的关键技术问题
P31
大规模风电接入电网的影响
对调峰调频 能力的影响
风电对电网 的影响
对无功功率 平衡与电压 水平的影响
对稳定性 的影响
对电能质量 的影响
P32
风电并网存在的相关问题
1、并网运行问题 （1）调峰问题 风电出力具有随机性、间歇性，反调
世界化石能源结构
天然气 20%
煤炭 60%
石油 20%
石油 煤炭 天然气
中国化石能源结构
煤炭 91%
天然气 4%
石油
石油
煤炭
5%
天然气
P5
我国电源装机及发电情况
电源
煤电 水电 核电 风电
2009
装机容量
电量
(GW) 652 197 9.1 26
(%) 75% 23% 1.0% 3.0%
(TWh) 2987 513
传动系统采用紧凑型设计，包含主轴（双轴承）、两级齿轮箱(1:37)和永磁同步 发电机；
多变量控制系统：减少叶片振动和载荷。
P18
P19
P20
P21
P22
2、现代风力发电技术的发展概述
P23
P24
P25
P26
P27
我国陆地10米高度年平均风功率密度分布图（W/m2）
P28
我国电能输送流向图
风电穿透功率5%-10%，明显感受到风电出力对发电计划的影响， 此时可配置风电调度日前计划系统
风电穿透功率10-15%，可能出现限风电现象，此时可配置日内滚 动计划系统
风电穿透功率超过15%，将对调度运行产生极大压力，应具备完整 的风电调度支持系统
新能源发电及并网技术
Technology of New Energy and Paralleling operation
P1
1 风力发电及并网技术
2 光伏发电及并网技术
3
直流输电技术介绍
4
核电技术简单介绍
P2
风力发电及并网技 术
1 风力发电的基本原理及结构 2 现代风力发电技术的发展概述 3 风力发电并网中的关键技术 4 未来风电技术发展的展望
间跌落时，风机自行脱网对系统造成冲击。
P36
（4）电能质量问题 风电出力的随机波动会引起电压波动和闪变，风机中的电力电 子设备会给电网带来一定的谐波污染，导致电能质量下降。 风电场多次发生电压波动和电压闪变超标现象。 风电场出力大幅波动，引起附近35千伏母线电压越限。
P37
P38
风电穿透功率小于5%时，风电对电网调度的影响不明显，此时可 配置风电功率预测系统及资源实时监测系统
叶素理论
把叶片分割成无限多个 微元，每个微元都是叶 片的一部分，每个微元 的长度无限小。用于分 析微元的空气动力学特 征。
动量理论
应用该理论去研究风力 发电机组各部件的运动 规律及运动状态的理论。
P11
1. 风力发电的基本原理及结构
P12
1. 风力发电的基本原理及结构
P13
1. 风力发电的基本原理及结构
1. 风力发电的基本原理及结构
1.2 风力机的类型P9源自1. 风力发电的基本原理及结构
1.2 风力机的类型
P10
1. 风力发电的基本原理及结构
风力机基础理论
贝茨（Betz）理论
假定风轮是理想的，没 有轮毂，叶片无穷多， 并且对通过风轮的气流 没有阻力。纯粹的能量 转换器。 根据该理论可 以计算风轮获取的风能 和功率。
节特性明显，增加系统调峰难度。
负荷曲线
8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
负荷曲线 风电功率曲线 等效负荷曲线
0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104112120128136144 时间（h）
风电出力曲线
P33
功率（MW）
风力发电系统的基本结构和工作原理
离网型
并网型
P14
1. 风力发电的基本原理及结构
恒速恒频风力发电系统
P15
1. 风力发电的基本原理及结构
变速恒频风力发电系统
P16
1. 风力发电的基本原理及结构
变速恒频风力发电系统
P17
G128-4.5MW 半直驱
2019年底Gamesa 在西班牙 Cabezo Negro安装了半直驱的G128--4.5MW风电机组 .风轮直径 128米，机头重量250吨
由于风电出力快速增 长，导致白城电网同发 风电场母线电压最低下 降到213kV，并大幅波 动。
kV
235
230
225
220
215
210
7:40
7:45
7:50
7:55
8:00
8:05
时间
8:10
8:15
8:20
8:25
白城变220kVII母线电压幅值(ab) 镇赉变220kV主母线电压幅值(ab) 同发风场220kV东母线电压幅值(ab)
功率（MW）
10000
8000
6000
负荷曲线
4000 风电出力曲线 2000
等效负荷曲线
0 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104112120128136144 时间（h）
增加旋转备用容量带来不利影响
P34
（2）电压控制问题 我国风电接入地区大多处于电网末端，风电功率的大幅度变化，导 致电网运行电压调整十分困难，影响系统电压稳定。
大安变220kV主母线电压幅值(ab) 洮南变220kV主母线电压幅值(ab) 长山电厂220kV北母线电压幅值(ab)
P35
（3）安全稳定问题 风电大规模并网后，电网稳定运行的风险增加。
系统潮流多变，断面运行控制困难； 系统惯量下降，动态稳定水平降低； 故障后风电无法重新建立机端电压，导致电压失稳； 风电机组没有低电压穿越能力，在系统扰动造成电压的瞬
P3
中国的能源状况
中国是一个能源资源相对贫乏的国家，人均占有能源资源仅相当于世 界平均数的一半。
主要化石资源占世界资源的比例和排名
煤
11.6%
石油
1.7%
天然气
1.0%
第3位 第11位 第18位
P4
中国的能源状况
我国化石能源的结构：石油、天然气资源数量明显低于世界 平均水平,资源构成以劣质能源为主。
70 26
(%) 82% 14% 1.9% 0.7%
合计
874
100%
3664
100%
P6
1、风力发电的基本原理及结构
P7
1. 风力发电的基本原理及结构
1.1 风力发电机组的基本原理及结构
工作原理
风以一定的速度和攻角流 过桨叶，使风轮获得旋转 力矩而转动，风轮通过主 轴联接齿轮箱，经齿轮箱 增速后带动发电机发电
P29
千万千瓦级风电基地跨区域输电方案
P30
3、风力发电并网中的关键技术问题
P31
大规模风电接入电网的影响
对调峰调频 能力的影响
风电对电网 的影响
对无功功率 平衡与电压 水平的影响
对稳定性 的影响
对电能质量 的影响
P32
风电并网存在的相关问题
1、并网运行问题 （1）调峰问题 风电出力具有随机性、间歇性，反调
世界化石能源结构
天然气 20%
煤炭 60%
石油 20%
石油 煤炭 天然气
中国化石能源结构
煤炭 91%
天然气 4%
石油
石油
煤炭
5%
天然气
P5
我国电源装机及发电情况
电源
煤电 水电 核电 风电
2009
装机容量
电量
(GW) 652 197 9.1 26
(%) 75% 23% 1.0% 3.0%
(TWh) 2987 513
传动系统采用紧凑型设计，包含主轴（双轴承）、两级齿轮箱(1:37)和永磁同步 发电机；
多变量控制系统：减少叶片振动和载荷。
P18
P19
P20
P21
P22
2、现代风力发电技术的发展概述
P23
P24
P25
P26
P27
我国陆地10米高度年平均风功率密度分布图（W/m2）
P28
我国电能输送流向图
风电穿透功率5%-10%，明显感受到风电出力对发电计划的影响， 此时可配置风电调度日前计划系统
风电穿透功率10-15%，可能出现限风电现象，此时可配置日内滚 动计划系统
风电穿透功率超过15%，将对调度运行产生极大压力，应具备完整 的风电调度支持系统
新能源发电及并网技术
Technology of New Energy and Paralleling operation
P1
1 风力发电及并网技术
2 光伏发电及并网技术
3
直流输电技术介绍
4
核电技术简单介绍
P2
风力发电及并网技 术
1 风力发电的基本原理及结构 2 现代风力发电技术的发展概述 3 风力发电并网中的关键技术 4 未来风电技术发展的展望
间跌落时，风机自行脱网对系统造成冲击。
P36
（4）电能质量问题 风电出力的随机波动会引起电压波动和闪变，风机中的电力电 子设备会给电网带来一定的谐波污染，导致电能质量下降。 风电场多次发生电压波动和电压闪变超标现象。 风电场出力大幅波动，引起附近35千伏母线电压越限。
P37
P38
风电穿透功率小于5%时，风电对电网调度的影响不明显，此时可 配置风电功率预测系统及资源实时监测系统
叶素理论
把叶片分割成无限多个 微元，每个微元都是叶 片的一部分，每个微元 的长度无限小。用于分 析微元的空气动力学特 征。
动量理论
应用该理论去研究风力 发电机组各部件的运动 规律及运动状态的理论。
P11
1. 风力发电的基本原理及结构
P12
1. 风力发电的基本原理及结构
P13
1. 风力发电的基本原理及结构