风电大规模脱网对策研究及应用

风电场的大规模建设及风机脱网事故的频发,给电网运行都带来了巨大挑战。本文介绍了一次风电场风机大规模脱网事件,经事故分析、仿真研究后提出解决措施。     

大规模风电脱网事故的几点思考

至2010年底,我国风电装机总容量达到44.733 GW,风电在高速发展中的问题开始集中出现。2011年,风机脱网事故频发,几个风电基地相继发生大规模风电脱网事故,对风电场和电网的安全运行带来了严重影响。通过介绍2011年几次大的风电脱网事故情况,对事故中暴露出的问题进行了分析,同时对中外风机性能进行了对比,最后提出了发展风电的一些建议。     

国家电网公司将进一步加强风电并网管理

国家电网公司在京召开加强风电并网管理座谈会,进一步总结风机大规模脱网事故的经验教训,落实加强风电并网管理的措施。据国家电力调度通信中心统计,今年以来,公司经营区域内发生35起风机脱网事故,累计有3 800多台风机脱网,给电网安全稳定运行和可靠供电造成严重影响。公司及时开展事故风电场整改工作,     

动态无功补偿对风电场暂态电压的影响及控制策略

近年来大规模风电机组连锁脱网事故频发,严重威胁电网安全稳定运行,风电机组脱网机理与防御控制策略需深入研究。首先从理论上分析了含动态无功补偿装置的风电场在电网故障期间风机机端高电压现象的机理,仿真分析了静止无功补偿器（static var compensator,SVC）响应时间对风电场暂态电压特性的影响,指出SVC暂态无功调节的滞后性是导致故障下风电机组因高电压脱网的主要因素,并提出了电网故障下风电场的无功协调控制策略：即通过协调SVC与风机自身无功出力,在故障发生时紧急闭锁SVC,投入风机跨接器（Crowbar保护电路）,在故障清除后经一定延时重新投入SVC,从而提高风电机组的故障穿越能力。仿真结果表明该文提出的控制策略能有效抑制故障下风机高电压脱网问题。     

长岭地区风电场风机脱网事故分析及对策

通过对近期发生在吉林电网长岭地区风电场的几次风机脱网事故的分析,总结了导致风机脱网的主要原因为风电机组不具备低电压穿越能力和风电场自身设备存在缺陷,提出了开展低电压穿越能力的现场测试、减少电缆头故障、配置足够的动态无功补偿容量等相应解决措施,以进一步提高电网的安全稳定运行水平。     

大规模风电机组脱网原因分析及对策

针对酒泉风电基地2011年发生的几次大规模风机脱网事故,根据现场调查和录波数据分析得出起因是风电场电气设备故障引发相间短路故障,引起站内和系统电压跌落,在此期间大量风机因不具备低电压穿越能力而脱网;故障切除后系统电压恢复,各风电场的无功补偿装置无法及时进行自动电压调整,引起系统电压升高,导致部分风机因过电压保护动作脱网。据此从工程实用角度提出了改造风电机组、完善风电场集电系统及保护配置等措施,并结合大型风电基地特点提出可以合理避免大规模脱网事故进一步研究的问题。     

张北地区风电汇集区域风机脱网问题探讨

近年来我国风电发展迅速,风电接入规模和风电增长速度位居全球第一,张家口地区电网风电接入规模已经居国内前列。大规模风电集中接入电网后,电网的调度运行将面临风电并网带来的一系列问题,其中由于电压波动造成风机脱网问题倍受关注。介绍了张北地区电网结构和风电汇集站基本情况、风电场及其无功配置基本情况,并对张北地区典型的风机脱网事件进行了探讨,分析了风机脱网的原因,并得出目前张北地区风电汇集接入电网背景下所存在的无功补偿及电压问题。     

大规模风力发电机脱网故障模型研究与展望

对大规模风力发电机（以下简称风机）脱网事故进行分析并对故障模型进行综述.比较了常规电厂和风电场的区别,分析总结风机种类及其故障特征,在此基础上探讨风电发展及其并网技术,并对风机低电压穿越能力进行分析.通过研究国内外风电并网技术,对风机脱网事故原因进行分析,阐述了各种风机脱网故障模型的仿真效果,最后针对风机脱网故障模型问题提出总结及展望,认为应加强风电机组电磁暂态通用模型研究.     

2011年西北电网风机脱网事故分析及启示

2011年2月24日,连接甘肃第一风电场的桥西变35kV设备故障,由于风电机组不具备低电压穿越能力以及风电场无功补偿装置缺乏快速自动调整能力,事故期间脱网风机共计598台,风电出力损失837.34 MW。详细介绍了事故前西北电网的运行情况,事故发生、发展和恢复过程,并通过仿真计算复现事故过程。总结了事故的经验和教训,提出加强继电保护装置的维护力度、提高风电机组低电压穿越能力、加强风电场无功补偿设备改造与管理、规范风电机组高电压运行要求,以及35 kV馈线单相故障后直接跳闸的建议,防止类似事故再次发生,保障我国电网的安全稳定运行。     

贵州某区域电网风机脱网事故反演与分析

近年来贵州省大力发展风电,但其大部分风电场远离负荷中心,从地区电网末端接入,存在局部电网稳定性相对薄弱的情况。针对贵州某区域电网发生的大规模风电机组连锁脱网事故,在DIgSILENT/PowerFactory平台上采用实际参数搭建风场及电网模型,并进行事故反演仿真。基于该反演仿真,进一步梳理了事故中大规模风电机组脱网的发展过程,分析了风机脱网对该区域电网电压和频率稳定的影响。最后,基于该区域电网模型,对提高风电机组低/高电压穿越能力、应对大规模风机脱网的策略进行了验证分析,仿真实验结果表明以上策略应用到该区域电网中的具有有效性及局限性,可为研究其他区域电网类似问题提供参考。     

大量风电电源接入对海南电网频率稳定的影响

风力发电的随机性和难以预测性,致使大量风电电源的接入将严重影响海南电网的频率稳定性。介绍了海南省风能资源概况及风电发展规划,以及运行及规划中的风电机组参数和电网运行频率的要求。针对孤网枯水期小运行方式,分析了风力发电机组不同频率保护定值及低电压穿越能力对系统频率稳定性的影响,给出了电网对风电场运行的频率保护及低电压穿越能力的要求。     

Power Electronic Drives,Controls, and Electric Generators for Large Wind Turbines–An Overview

Abstract—Wind represents a major and growing source of renewable energy for the electric power systems. This article provides an overview of state-of-the-art technologies and anticipated developments in the area of power electronic drives, controls, and electric generators for large multi-megawatt wind turbine systems. The principal components employed in a turbine for energy conversion from wind to electricity are described, and the main solutions that are commercially available are briefly reviewed. The specific issues of complex mission profiles, power codes, and reliability are discussed. Topics of power electronics, ranging from devices to circuit topologies, and similar matters for electric generators, together with results of optimal design studies are included. It is shown that the individual power rating of wind turbines has increased over the years, and technologies required to reach and exceed a power rating of 10 MW are discussed. The role of power electronics for improving the operation of wind turbines and ensuring compliance with power grid codes is analyzed with a view at producing fully controllable generation units suitable for tight integration into the power grid and large-scale deployment in future smart power systems.     

德国电网规程对风机联网及运行的要求

讨论德国电网规程关于风机的一些规定。在风电机组被大量应用的同时，几千MW的风电损失成了德国电力系统中的现实场景。问题的关键是电网故障时如何保证风机仍能连在电网上，即只要联网点的电压在15％Un以上风机和风电场就不允许解列。此外，在电网故障时风电机组应根据瞬时电压的情况提供一定的无功。而且，风机必须快速返回至正常操作。风机必须承受的频带为47，5～51．5Hz。对于德国网调而言，他们希望将来大型风电场应该象常规发电厂一样调度运行。     

极端天气事件对新能源发电和电网运行影响研究

风电和光伏发电极易受极端天气的影响而出现大规模停机和出力损失,严重时可能威胁电网安全稳定运行。针对极端天气事件对新能源发电和电网运行的影响开展研究。首先从新能源发电的角度阐述了极端天气影响新能源的机理。然后基于海量风电机组和光伏发电单元的运行数据,对寒潮、大风、降雪、沙尘等几类极端天气条件下新能源发电和电网运行情况进行深入分析。最后从电网调度运行的角度提出保障极端天气条件下电网安全稳定运行的建议。     

大型风电基地集中并网关键技术

风电是理想的非石化清洁能源,大型风电基地集中并网技术是世界前沿课题。基于甘肃酒泉千万千瓦级风电基地的并网案例,分析了一期3 800 MW风电的实际出力特性,指出了电网接纳风电能力的制约因素,提出了大容量风电集中并网跨区域消纳策略存在的问题,并结合已有大型风电场并网运行经验和酒泉风电基地"2.24"风机脱网事故,研究了风场内部35 kV电网接地方式、动态无功补偿设备配置等关键技术问题,解决了一期风电工程在主要设备选型、电力设计、事故处理等细节问题,有利于酒泉千万千瓦级风电基地的可持续发展,对国内外大型风电基地推广集中并网方案具有示范意义。     

风电场无功补偿分析研究

风力发电在我国得到了快速发展,风机在电网中所占比例不断增大,对电网的安全和稳定运行带来很大的影响。文章针对风电场的实际情况和特点,搭建了风电场仿真模型,模拟风机不同有功和无功出力以及不同馈线类型和长度等情况下,风电场无功损耗和电压情况,以及固定补偿装置的无功调节配合能力。说明利用风机发出的无功功率可以减小汇集站内无功补偿装置的容量,基本实现无功平衡,提高电压稳定性。     

考虑时空分布特性的风速预测模型

随着风电并网规模日益增加,风电功率波动对电网的影响将更加显著。风速预测可以辅助电网制定调度和运行控制决策,合理应对风电功率波动,降低风电功率波动对电网安全稳定运行的影响。考虑风电机组的地理分布和风速的时间、空间分布特性,建立等效风速模型。由该模型建立上、下游风电机组的风速关联关系,修正下游风电机组的风速。在此基础上,提出一种基于修正系数的风速预测方法,以提高预测精度。以实际风电场地理数据和风电机组参数为基础的仿真算例验证了该方法的可行性和合理性。     

大容量双馈风电机组虚拟惯量调频技术

针对风电机组不主动参与电网频率调节的问题,量化评估了大容量双馈风电机组利用风轮旋转动能进行调频的能力,提出了基于附加转矩的风电机组虚拟惯量调频控制方法,并研究了其实现原理与控制策略,建立了大容量双馈风电机组Bladed+MATLAB联合仿真模型,实现了虚拟惯量调频全过程动态仿真。首次在MW级风电机组上进行了虚拟惯量调频现场试验,揭示了大容量风电机组虚拟惯量调频的动态特性与技术特点。试验结果表明了理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。     

变速恒频双馈风电机组分段分层控制策略的研究

针对并网后变速恒频双馈风电机组的优化运行及其与电网的协调问题,依据分段分层控制思想,提出了变速恒频风电机组的并网控制策略:按照风速将风电机组的控制分为两个阶段,即低风速的最大风能追踪控制阶段和高风速的恒功率控制阶段,同时依据分层思想将风电机组电气部分的控制分为参考值的整定和对参考值的跟踪两层控制.利用该分段分层控制策略,对北方某风电场及其接入系统中风电机组的运行特性和接入系统中关键性节点的电压特性进行了仿真分析,结果表明该控制策略不但可以实现风电机组的优化运行,而且能较充分地发挥风电机组中双馈发电机的无功调节能力,提高风电机组并网后的电压稳定性,保证全网无功优化运行.     

蓄热式电采暖负荷参与风电消纳运行策略研究

为了就地消纳大规模风力发电功率和提升电网调峰能力,将蓄热式电采暖与具有反调峰特性的风电进行结合,提出了风电与蓄热电采暖联合运行模式。模式中考虑风电机组、火电机组以及电采暖的相关约束,以系统总的发电成本最小为目标,构建了蓄热式电采暖负荷参与风电消纳优化运行模型。通过运用适应模型求解的遗传算法求解该模型,得到蓄热式电采暖负荷参与电网互动优化运行方案。仿真结果表明,基于蓄热式电采暖负荷参与风电消纳的运行策略是有效和实用的。该策略从电源侧的角度提高了系统的风能消纳水平,从电网侧的角度提升了系统的调峰能力,缓解了风电并网对系统造成的调峰压力。