[發明專利]風電場并網協調控制方法

有效

• 申請號: 201010288719.1
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN101931241A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 雷憲章;薛飛;呂志來
• 申請（專利權）人: 許繼集團有限公司;北京許繼電氣有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩;馬儀成

技術領域

本發明涉及風電場并網協調控制方法，屬于風電場并網控制技術領域。

背景技術

風能作為一種清潔的可再生能源，對增加我們能源供應，調整我國能源結構和保護生態環境有積極作用。

隨著國家新能源發電的積極推進，越來越多的大型風電基地建設完成，解決新能源發電上網難的問題已成為各界人士的共識，這為電網建設提出了新的接入課題。

但是，中國電能三分之二需求集中在東中部地區，因此，“三北”地區風電無法就地消納，需要依托高電壓等級、大規模遠距離輸送。此外，風電與火電需要達到一定的比例，否則電網輸電難以承受。一方面，風電并網會引起電網電能質量下降、諧波污染，大型風電場并網時會引起電網電壓、頻率的不穩定等問題。由于風電的不穩定性，對我國尚不堅強的電網構成沖擊，使風電場利用小時數過低，無法形成規模效應，導致風電項目內部投資回報率低于8%的社會平均水平，缺乏投資吸引力。

風力發電機是以風作為原動力，風的隨機波動性和間歇性決定了風力發電機的輸出特性也是波動和間歇的。風力發電機多為異步發電機，在發出有功功率的同時還要從系統吸收無功功率，其無功需求是隨有功輸出的變化而變化的。當風電場的容量較小時，這些特性對電力系統的影響并不顯著，但隨著風電場容量在系統中所占比例的增加，風電場對系統的影響就會越來越顯著。大規模風場并網對電網的影響可以分為兩類，一是對系統動態行為的影響，包括暫態穩定、電壓穩定及電力諧波的影響等；二是電網調度管理的影響，包括對電網經濟運行方式安排、調峰能力以及對電網事故處理等的影響。從2008年我國風電調查報告中，存在的主要問題表現為:

一、?大規模風電并網對電能質量和電力系統安全穩定運行影響正在顯現

1)?對電網頻率的影響：風電場對系統頻率的影響取決于風電場短路容量比，即風電場額定容量與該風電場與電力系統的連接點的短路容量之比。當短路比較大時，風電場輸出功率的隨機波動性對電網頻率的影響會比較顯著。

?2)?目前在大區電網互聯的形勢下，電網的規模越來越大，風電場接入到大系統中，其容量在電網的總容量中所占的比例甚微，對電網的頻率的影響很小。但大規模風場的接入系統，特別是區域性電網，其對系統頻率，包括電壓波動等產生的影響將會變得嚴重。

3)?對電網電能質量的影響：風資源的不確定性和風電機組本身的運行特性使風電機組的輸出功率是波動的，會影響電網的電能質量，主要體現在：

a)電壓波動和閃變：電壓波動和閃變是風力發電機組對電網電能質量的主要負面影響之一。并網風電機組在持續運行和切換操作過程中都會產生電壓波動和閃變。引起電壓波動和閃變的因素包括風速、風電機組類型、控制系統以及并網風電機組公共連接點短路比和電網線路X/R比等；

b)諧波污染：風電系統中諧波產生的途徑主要包括風機本身配備電力電子裝置和風機的并聯補償電容器與線路電抗發生諧振產生的諧波。風電系統中諧波可造成增加發電機的銅損和鐵損、引起電容器組和變壓器的發熱故障、控制電路受影響、傳感器測量不準等現象。

4)?對電網穩定性的影響：風力發電機多采用感應電機，感應發電機的運行需要無功支持。盡管可以通過投入無功補償裝置來提高功率因數，但是頻繁的投切存在時間上的延遲，勢必對并網系統的電壓穩定產生威脅。當系統電壓水平降低時，無功補償量下降很多，而風電場對電網的無功需求反而上升，進一步惡化電壓水平，嚴重時會造成電壓崩潰，風機被迫停機。此外，風電場出力過高有可能降低電網的電壓安全裕度，容易導致電壓崩潰。并網型風電場對于電網穩定性的主要威脅一方面是風速的波動性和隨機性引起風電場出力隨時間變化且難以準確預測，而導致風力發電接入系統時存在潛在安全隱患。另一方面是弱電網中風電注入功率過高引起的電壓穩定性降低。

5)?對電網繼電保護裝置的影響：風電場與電力系統聯絡線的潮流有時是雙向的，這就給保護配置帶來一定的技術難度。并網運行的異步發電機沒有獨立的勵磁機構，在電網發生短路故障時由于機端電壓顯著降低，風力發電機應具備一定的低電壓維持能力，在保護配置上應設置低電壓保護，在低電壓保護動作之前，應根據相應的判距自動投切無功補償裝置，盡可能降低無功缺額，維持風力發電機組的穩定運行。

二、?風電技術裝備水平差，技術創新能力不足

三、?風電運行和調度管理經驗不足