風電并網(wǎng)及運行技術

主編 吳濤：西安交通大學博士。現(xiàn)為華北電力科學研究院系統(tǒng)研究所所長

序

前言

第一章風電運行及發(fā)展規(guī)劃

第一節(jié)風力發(fā)電現(xiàn)狀

第二節(jié)風力發(fā)電規(guī)劃

第二章風電接入電網(wǎng)技術

第一節(jié)風電接入電網(wǎng)分析

第二節(jié)風電并網(wǎng)繼電保護配置

第三節(jié)風電機組特性測試及風電場并網(wǎng)檢測

第三章風電并網(wǎng)繼電保護配置

第一節(jié)風電機組的數(shù)學模型

第二節(jié)風電場擾動試驗及風電機組模型參數(shù)辨識

第三節(jié) 大規(guī)模風電接入后電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析

第四節(jié) 風電接入后提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平的控制措施

第四章風電運行管理

第一節(jié)風電功率預測

第二節(jié)風電調度與優(yōu)化技術

第三節(jié)風電運行特性研究

第四節(jié)風電運行異常情況分析

第五章風電建模及仿真

第一節(jié)風電機組控制技術

第二節(jié)風電場無功補償技術

第三節(jié)風光儲聯(lián)合發(fā)電技術

第四節(jié)光伏、儲能物理數(shù)字混合仿真

第五節(jié) 輕型高壓直流輸電技術在風電送出中的應用

附錄 目前執(zhí)行的風電相關文件和標準

參考文獻2100433B

近年來風電迅速發(fā)展，與常規(guī)水電、火電相比，風電機組運行存在以下兩個特點：

1、無功調節(jié)能力不強，如恒速恒頻異步風機（簡稱“常規(guī)異步風機”）在任何運行方式下均不能向系統(tǒng)提供動態(tài)無功支撐，僅能通過電容器投切，調整其等效功率因數(shù)接近1.0；變速恒頻雙饋異步風機（簡稱“雙饋風機”）能提供一定動態(tài)無功支持，但通常采用恒定無功控制方式，其無功調節(jié)能力有限（國網(wǎng)勵磁相關標準明確規(guī)定，常規(guī)火電機組必須運行在恒定定子電壓控制，禁止恒定無功控制方式）。

2、有功出力隨風速變化而隨機波動。一方面，風電場有功波動引起沿線無功損耗變化，導致系統(tǒng)電壓波動，且難以控制；另一方面，其潮流波動對同一送電通道上的常規(guī)火電機組而言，相當于擾動源，可能引發(fā)低頻振蕩。

目前在一般情況下，風電機組的低電壓穿越功能模塊大都沒有投入，且風電機組的電力電子設備所設置的保護門檻比較靈敏，在電網(wǎng)發(fā)生擾動時可能由于非線性保護動作而導致風機自動脫網(wǎng)。若出現(xiàn)大容量風機脫網(wǎng)，引起系統(tǒng)過電壓，可能導致常規(guī)火電機組深度進相，甚至導致勵磁系統(tǒng)低勵限制動作，控制切換為恒定無功控制，一些AVR的PSS功能被屏蔽，系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定水平顯著降低，可能引起系統(tǒng)振蕩事故。

因此，大規(guī)模風電接入后，將導致電網(wǎng)運行特性發(fā)生變化，引起電網(wǎng)規(guī)劃、設計、生產、運行等部門的廣泛關注。

本書從風電運行調研及發(fā)展規(guī)劃、風電仿真、大規(guī)模風電接入后電網(wǎng)安全穩(wěn)定研究、風電并網(wǎng)運行管理等方面，開展電網(wǎng)風電并網(wǎng)運行研究。主要技術創(chuàng)新點如下：

(1) 國內首次建立了包括DIGSILENT、 PSS/E、BPA和PSASP等程序的綜合風電仿真分析平臺，用于進行不同類型風機特性仿真和風電接入后電網(wǎng)穩(wěn)定性研究，形成具有自主知識產權的發(fā)明專利《一種發(fā)電機低電壓保持并網(wǎng)的測量方法和系統(tǒng)》；

(2) 在風電場調研的基礎上，通過計算分析、比較論證，選擇確定華北電網(wǎng)風電小擾動及短路試驗方案，成功進行了現(xiàn)場工業(yè)試驗，形成風電參數(shù)測試試驗方法；

(3) 國內首次根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，用風電仿真分析平臺進行對比仿真分析，提出華北電網(wǎng)雙饋風機關鍵模型參數(shù)及保護特性參數(shù)，為更準確開展電網(wǎng)穩(wěn)定計算分析和采取措施提供了技術保證，其中由試驗得到的不同廠家風電機組低電壓穿越特性為《華北電網(wǎng)風電接入系統(tǒng)技術規(guī)定》修編提供技術依據(jù)；

(4) 華北首次用風電實測模型參數(shù)及保護特性參數(shù)開展風、火電混合遠距離送電及大規(guī)模風電接入后地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定性研究，得到穩(wěn)定控制極限和嚴重故障安全自動裝置策略，用于指導電網(wǎng)規(guī)劃建設、生產運行。

《風電并網(wǎng)運行與維護》可作為研究生及從事風電技術和其他可再生能源發(fā)電技術研究人員的參考用書。書中主要內容是作者的觀點和研究結果，所得到的結論僅供讀者參考。大型風電場并網(wǎng)運行在我國已經開始邁出快速發(fā)展的步伐，風電場并網(wǎng)運行及風電場維護問題已經被風電領域的研究者們所關注?！讹L電并網(wǎng)運行與維護》嘗試從風電機組建模、風電場建模、風電場并網(wǎng)控制、風電場并網(wǎng)后引起的電能質量、風電并網(wǎng)后系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性及風電場運行內部相關要求等方面研究和探討風電并網(wǎng)運行所涉及的問題；從風電機組故障診斷和風電場監(jiān)控與常規(guī)維護兩方面對風電機組或風電場非正常運行時的問題進行分析和探討，并根據(jù)研究結果，在風電場并網(wǎng)運行與維護方面給出一些建議?！讹L電并網(wǎng)運行與維護》最后一章簡單探討了風光互補與風水互補發(fā)電內容。

本書全面介紹了大規(guī)模風電并網(wǎng)方面的知識及相關的主要問題，幫助讀者了解風電并網(wǎng)的最新研究成果及運行經驗，介紹與風電并網(wǎng)相關的主要電氣、機械知識，機械工程師可以學習到足夠的電力工程知識，使他們可以理解風電場電壓控制和故障穿越問題；而電氣工程師可以從介紹的風電機組空氣動力學知識中獲益。他們都需要理解電力市場，尤其是風電可能如何交易。目前國內還沒有像此書這樣綜合性地全面介紹風電場并網(wǎng)技術的專著。尤其在我國風電迅速發(fā)展，大規(guī)模風電并網(wǎng)已成為一個重大關注問題的背景下，本書有重要參考價值。

本書適用于風力發(fā)電尤其是風電并網(wǎng)方面的基礎研究、應用等方面的有關人員，包括研究、規(guī)劃、設計、建設和運行人員；本書也適用于可再生能源有關專業(yè)的大學本科生和研究生，也可用于教學培訓。

《風電場并網(wǎng)技術》主要內容包括風電場的組成與控制，風電場并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響，風電場并網(wǎng)技術規(guī)定和要求，風電場并網(wǎng)方案，風電場調壓計算、潮流計算、穩(wěn)定計算、一次部分計算、繼電保護及安全自動裝置、調度自動化、通信，風光聯(lián)合運行，風能和抽水蓄能及其他儲能系統(tǒng)聯(lián)合運行，可再生能源發(fā)電微電網(wǎng)運行等。