清华大学-鲁宗相-风电并网问题研究
中国风电并网难题及相关政策研究的开题报告
中国风电并网难题及相关政策研究的开题报告一、研究背景及意义：随着国家能源战略的提出，我国新能源发电能力不断提升，其中风电发电能力增速较快。
然而，随着风电发电能力的增加，风电并网存在诸多难题，影响了我国新能源的开发与利用。
因此，本研究将围绕中国风电并网难题及相关政策进行研究，探讨如何推进风电并网工作，进一步促进我国新能源行业的发展。
二、研究目的：1.分析我国风电并网的现状及存在的问题。
2.探讨我国风电并网的发展历程及政策。
3.研究新能源并网技术的应用以及对风电并网的影响。
4.思考优化风电并网对于我国新能源行业的意义以及未来走向。
三、研究内容：1.中国风电并网的概述包括风电并网的定义、发展历程、现状描述等。
2.中国风电并网存在的问题这部分内容将重点分析我国风电并网的问题，包括技术问题、政策问题、管理问题等。
3.中国风电并网的政策这部分内容将重点分析我国风电并网的政策，包括国家层面的政策、地方政策等，探讨政策对风电并网的影响。
4.新能源并网技术及对风电并网的影响这部分内容将重点介绍新能源并网技术，包括智能电网、储能技术等，探讨其对风电并网的影响。
5.推进风电并网的对策及意义这部分内容将分析风电并网的意义，探讨推进风电并网的对策及具体措施。
四、研究方法：本文将采用文献研究法、案例分析法、调查法等方法进行研究。
五、研究预期结果：1.全面了解我国风电并网的现状及发展历程，明确我国风电并网存在的问题。
2.分析我国风电并网政策的制定与实施，探究其对风电并网的影响。
3.了解新能源并网技术的应用情况，探讨其对风电并网的影响。
4.提出推进风电并网工作的对策及具体措施，为我国新能源的发展提供有益的参考意见。
风能发电场的电网接入与并网技术研究
风能发电场的电网接入与并网技术研究风能发电作为清洁能源之一，在全球范围内得到了广泛的应用和开发。
随着风电装机容量的不断增加，风能发电场的电网接入与并网技术成为当前研究的热点之一。
风能发电场的电网接入与并网技术研究涉及到技术、、经济等多个方面，其研究不仅对于风能发电场的发展具有重要意义，也对于电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
一、风能发电场的电网接入技术风能发电场的电网接入技术是指将风力发电装置与电网相连接，实现风能发电场向电网输送电能的过程。
电网接入技术对于风能发电场的安全稳定运行起着至关重要的作用。
在风能发电场的电网接入技术中，包括了风力发电机组与主变压器、电缆、断路器等设备的连接方式、接入点的选取、保护措施等内容。
1. 风力发电机组与主变压器的连接方式风力发电机组与主变压器的连接方式直接关系到风能发电场的电能输送效率和电网的安全稳定运行。
目前常见的连接方式主要包括直接连接方式和间接连接方式。
直接连接方式是指将风力发电机组直接与主变压器相连接，而间接连接方式则是通过中间设备（如集中变流器等）将风力发电机组与主变压器连接起来。
不同的连接方式各有优劣，需要根据实际情况进行选择。
2. 接入点的选取接入点的选取是指在电网中选择适合风能发电场接入的位置。
接入点的选取直接关系到风能发电场的电能输送效率和电网的安全稳定运行。
通常情况下，接入点应选择在电网相对集中的地方，以减小输电损耗，提高能源利用效率。
同时，接入点的选取还需要考虑到电网的负荷情况、电压等级等因素。
3. 保护措施风能发电场的电网接入需要设定相应的保护措施，以确保电网的安全稳定运行。
常见的保护措施包括过流保护、短路保护、过压保护等。
这些保护措施可以有效地防止电网由于故障而导致的损坏，保障电网的安全稳定运行。
二、风能发电场的并网技术风能发电场的并网技术是指将风力发电场连接到电网中，实现与电网的合作运行。
并网技术的研究对于提高风能发电场的电能利用率，降低风能发电场的运行成本具有重要意义。
风力发电和光伏发电并网的问题和对策
风力发电和光伏发电并网的问题和对策摘要：在全面贯彻国家碳达峰、碳中和目标达成的背景下，全面推进新型清洁能源广泛应用，成为完成绿色低碳转型的新方向，太阳能光伏发电系统的应用比例也因此大幅度提升。
风力发电是新能源应用的重要体现，风力发电并网技术应用，为风力发电效率提高奠定了基础。
本文将详细介绍光伏发电与风力发电并网技术的应用特征，精准找出风力发电与光伏发电并网技术的运用现状，并提出优化风力发电与光伏发电并网技术的有效改进措施，从而有效增强风力发电与光伏发电并网技术的应用质量。
关键词：风力发电；光伏发电；并网引言基于社会快速发展背景下，在带给人们更多经济效益的同时，也增加了对能源的消耗，导致自然环境不断恶化，造成大量经济财产损失。
而为了有效改善自然环境，各类新型能源逐渐被广泛运用，以此避免污染自然环境。
1风力发电和光伏发电1.1光伏发电系统原理光伏电池是光伏发电系统的核心组件，硅材料是光伏电池的主要原材料，一般分为单晶硅、薄膜或者多晶硅等。
光伏发电系统的原理与二极管原理大致类似，最显著的不同点在于光伏电池。
PN结在太阳光子和辐射的作用下，能够对电子的移动频率进行明显的加速。
独立的光伏网系统是逆变器控制器与光伏电池中最为主要的组成部分，其不仅使用更加便捷，而且应用范围和使用频率都较为广泛。
当光伏电池出现较弱的状态时，能够结合电网共同使用。
光伏发电系统的初期成本比较昂贵，后期的工作强度较大，这也降低了光伏发电系统的利用效率。
1.2风力发电原理风力发电的原理较为简单，主要是通过风力驱动风车叶片运转，运行过程中在增速机辅助下能够进一步增加叶片转速。
风力发电设备由风车叶片、发电机两大部分构成。
风力作用下螺旋形风力发电机叶片旋转过程提供推动力，将动能转变为机械能。
2风力发电与光伏发电并网问题2.1稳定性相对较低可再生能源发电技术不仅具有不稳定性，还具有高波动性、间断性和不确定性等。
在发电高峰期时，所产生的电能大规模进入电网系统中，可能会对电网系统运行过程中的安全造成冲击；在发电低峰期，由于发电量的不足，电网系统的电压和频率产生较大波动，并且可再生能源大量并网减少了电网中可用于运作的资源，增强了电网源荷平衡和源荷发展的不确定性与不稳定性[2]。
大规模风电机组连锁脱网事故机理初探_叶希
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０８．００３大规模风电机组连锁脱网事故机理初探叶 希１，鲁宗相１，乔 颖１，李 兢２，王 丰３，罗 伟３（１．电力系统国家重点实验室，清华大学电机系，北京市１０００８４；２．中国电力工程顾问集团，北京市１０００１１；３．华北电力科学研究院有限责任公司，北京市１０００４５）摘要：风电机组连锁脱网事故是集群风电迅速发展过程中出现的新问题之一。
针对中国频繁发生的风电机组连锁脱网事故，对事故机理进行初步研究。
首先，分析连锁脱网事故的典型发展过程及时空尺度；然后，构造集群风电接入系统的理论原型，研究风电机组共模跳闸机理及事故演化发展主导因素；最后，基于实际电网参数及拓扑结构，重演风电机组连锁脱网事故，从重载工况下网架结构电压稳定性、双馈风电机组运行方式２个角度分析风电机组连锁脱网事故频发的原因，提出相应改善措施。
关键词：双馈风电机组；连锁脱网；集群风电；共模跳闸；事故演化过程；重载工况收稿日期：２０１１－１２－０８；修回日期：２０１２－０１－１２。
国家自然科学基金资助项目（５１０７７０７８）；国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２０１１ＡＡ０５Ａ１０４）。
０ 引言随着风电渗透率的逐渐增大，风电并网对系统安全稳定性的影响逐渐凸显。
近年来，国内外都曾发生含大规模风电系统的运行事故。
２００６年西欧电网“１１·４”大停电事故中，大量风电机组因频率保护跳闸，加重电力不平衡，导致长时间频率偏差［１］；２０１１年中国甘肃酒泉地区和河北张家口地区的多起风电机组脱网事故中，大量风电机组因电压问题连锁跳闸脱网，损失大量出力，导致电网频率明显偏低。
因此，研究高渗透率风电对系统安全稳定的影响机理已成为一个迫在眉睫的问题。
关于风电并网对系统安全稳定的影响已有不少研究。
电压稳定方面，主要关注风电出力对电压稳定极限及电压稳定域的影响，分析方法有Ｐ－Ｖ曲线法［２］、灵敏度法［３］、电压稳定域分析法［４］、分岔理论［５］等；暂态稳定方面，主要关注电网故障时风电场动态特性对系统暂态稳定性的影响［６－８］；小信号稳定方面，主要关注不同风电机组接入后对系统阻尼特性及振荡模式的影响［８－９］。
文献综述：风电并网存在问题分析
风电并网的不利影响及分析一、风电并网的不利影响案例分析1、加拿大阿尔塔特电力系统截至2008 年，加拿大的阿尔伯塔电力系统（AIES）共有装机约280 台，总容量12 368 MW。
其中，煤电5 893 MW，燃气发电4 895 MW（热电联产约3 000MW），水电869 MW，风电523 MW，生物质等其他可再生能源214 MW。
阿尔伯塔的风电开发意向已达到11 000 MW，几乎与目前系统的装机容量相当，这在给AIES 带来巨大机遇的同时也带来了挑战。
因为，大规模的风电接入会增加系统发电出力的不稳定性，降低系统维持供需平衡的能力。
AIES 的装机以火电为主，且调节能力有限，系统备用容量也有限，电力市场的可调发电出力的灵活性不高，对外联络线的潮流交换能力相对有限。
因此，系统需要增强调节及平衡能力和事故响应能力，否则难以应对风电出力变化给系统带来的巨大压力。
电力生产和使用必须同时完成的特点决定了系统运行必须维持每时每刻的供需平衡。
供需失衡会引起发输电设备跳闸、负荷跳闸甚至系统崩溃等事故。
因此，维持系统的实时平衡是一个非常艰巨的任务，而大规模的风电并网，会从以下4 个方面影响系统供需平衡：（1）能否准确预测供需走势。
预测是实施供需平衡调节的基础。
供需差可能来源于负荷、潮流交换、间歇性电源等的变化。
供需走势的预测对于系统运行至关重要。
预测越准确，相关的运行决策越准确，运行人员越容易维持系统稳定。
而目前的风电预测，远不能达到系统运行对预测精度的要求，给大规模风电并网的系统运行带来很大隐患。
（2）需要足够的系统调节平衡资源来提升系统应对风电出力变化和不确定的能力。
系统调节平衡资源是指能被随时调度的、能维持系统平衡的调节备用容量、负荷跟踪服务等运行备用。
由于风电出力变化和不确定，导致系统必须维持很高的系统调节资源以作备用，降低了系统资源的利用率。
否则，系统将无法应对风电出力变化和不确定性，影响系统的安全可靠运行。
风电场并网的新型实用等效方法
风电场的输出特性综合了风电场中各台机组的 运行工况，包含了整个风电场在风速波动时的动态信 息，因而引入风电场输出特性优化风电场动态模型的 参数能够提高等值模型的精度。本文基于笼型风电机 组成的风电场研究了这一等值参数优化方法。
3 EMOC 模型
笼型异步风电机的动态行为可以用三阶模型按 电动机惯例列写如下[9]：
Keywords：Grid-connected wind farm, output characteristic, dynamic equivalence, squirrel-cage induction generator
1 引言
风力发电在世界各国迅速发展，截至 2006 年 底世界风电装机容量达 74.22GW，比 2005 年增加 15.2GW[1] 。 风 电 场 并 网 发 电 是 风 电 开 发 的 主 要 方 式。在德国、西班牙和丹麦等风电发达国家的电网 中，风电穿透功率已超过 15%[2]，在我国风电发展
风电场输出特性包含风电场并网端口的电压、 功率和电流等信息。风速的波动、风电机参数的差 异和机组不同工况等运行信息都会在风电场输出特 性中得到反映，综合利用输出特性中所包含的各种 信息建立优化模型求解风电场的等值参数是 EMOC 方法的基本思路。
考虑电网约束的风电场自动有功控制
2
^( t ) ) = ( v ^ ( t) ) + ( c ^ ( t) ) (s ( 6) 由此也可以看出, 提高基于预测控制的效果必 须同时提高预测水平和风电场控制能力。 2. 2 风电场 AGC 的 3 层控制模型 风电场有功控制能力不等同于风力发电机控制 能力的简单叠加。利用风力发电机群的统计特性 , 风电场可协调、 组合简单的风力发电机控制以实现 风电场 的复杂 控制 [ 15] 。本 文提出 的风 电场 AGC 3 层控制模型如图 2 所示。各控制层的分工与协作 关系概括如表 1 所示。
0 引言
近年来世界范围内风力发电( 以下简称风电) 迅 猛发展, 中国更是以加速度投资建设风电, 内蒙古等 风资源丰富省( 区) 的风电装机容量已超过总容量的 5% [ 1] 。据欧洲运行经验, 在高风电穿透率电网中 , 仍采用 负 负荷的 被动 方式管理风电将给电网的 安全与经济运行带来巨大冲击。如何主动进行风电 场的有功控制, 将其纳入电网自动发电控制 ( AGC) [2 - 4] 管理 , 是电网和风 电场都十 分关心的 课题 。目 前, 虽然有关改善双馈风力发电机有功出力波动性 的研究已经较为充分, 提出了输出限制控制等一系 [5 - 8] 列方法 , 但讨论全风电场的协调控制以满足电网 对风电场有功综合需求的文献还较少。 风电场有功控制有其特殊性。与常规调频、 调 峰电厂相比, 风电场只具备非常有限的有功调节能 力。制定既可与风电场有功控制能力相匹配、 又可 减轻风电场给电网带来的有功/ 频率调整压力的控 制目标, 是将风电场纳入电网 AGC 首先要解决的 问题。另外, 储能技术提高了风电场有功输出的可 控性 , 但这要求风电场 AGC 必须具备能量调度功 能来协调储能装置的充放电过程。 考虑到控制实施的时延 , 风电场 AGC 应 针对 未来时段的场景进行分析和控制 , 就必须用到风电 功率预测技术。目前商业运营的风电预测系统已可 应用于发电计划制定、 电力交易和备用安排等 , 但直 接应用于实时发电调度, 还存在预测精度较差、 预测 [ 4] 周期与控制周期不匹配等问题 。
如何有效利用风能并做到风电的并网及消纳
如何有效利用风能并做到风电的并网及消纳要有效利用风能并实现风电的并网及消纳，需要考虑以下几个方面：风电资源评估、风电场选址、并网技术、储能技术、智能电网建设等。
首先，风电资源评估是利用风能的前提。
风能资源评估需要对风速、风向、风能密度等进行测量和分析，以确定风电场的建设潜力。
采用先进的遥感技术、数值模拟方法和实地观测手段，可以提高风能资源评估的准确性。
其次，风电场的选址对风能利用的成功至关重要。
在选址时需要考虑风能资源丰富度、风能分布均匀性、地形地貌、土地利用、环境保护等因素。
优秀的选址可以最大程度地提高风电场的发电量，降低建设和运营成本。
然后，风电的并网技术决定了风电上网发电的可行性和稳定性。
并网技术包括输电线路建设、电流控制、电压控制、频率控制、电能质量控制等方面。
与此同时，还需要与电网进行调峰配电和短路保护，确保风电场与电网的安全稳定运行。
此外，储能技术的应用可以有效解决风电波动性带来的供需不平衡问题。
储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、电池储能、超级电容储能等，可以将风能转化为储能，以便在风速波动或用电高峰期提供稳定的供电。
最后，智能电网技术的发展可以提高风电的管理和运营效率。
智能电网通过实时监控、运行调度、数据分析等手段，对风电进行可靠的远程控制和管理，提高其可靠性和可用性。
此外，智能电网还可以与其他能源源进行联动，形成多能互补的系统，实现能源的高效利用。
在实际的风电项目建设中，需要综合考虑上述因素，制定科学的规划和管理措施。
同时，政府应加大对风电行业的支持和政策倾斜，鼓励企业加大风电产业的投入和技术创新，提高风电的装机容量和发电效率，推动风电产业的健康可持续发展。
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课题二 电网友好型风电控制技术
B风电场自动电压控制系统(AVC)续
风电场AVC系统是一个在现有风机SCADA与 变电站SCADA基础上，实现自动闭环、协调控制风 场内所有无功/电压调节设备以满足风场并网综合需求 的监控管理系统。
控制模式
系统AVC模式：跟踪调度 AVC指令 单场AVC模式：确保风场满 足并网标准
– 无风时段，利用电网侧的变流 器对系统进行无功补偿
• 运行效益
– 电能效益（替代常规火电能源， 节能）
– 改善系统终端电压水平（减小 线损，降耗）
– 重大灾害性气候条件下保障基 本供电需求（电力生命线）
4
建议课题方向
• 课题一:高风电渗透率电力系统建模与分析 • 课题二:电网友好型风电控制技术 • 课题三:电力系统节能减排调度 • 课题四:进一步提高新能源渗透率方法研究
center
系统结构
Pref +-
Pe
Σ
Wind farm
Ps
P
Other AGC measures
Pe1 Pen
Battery
Turbine 1 Turbine n
ULTC抽 头
风机功率 因素控制
电容/电抗 Statcom /
投切
SVC调节
15
课题二 电网友好型风电控制技术
B风电场自动电压控制系统(AVC)续
风场AVC的控制结构
16
课题二 电网友好型风电控制技术
C风电场自动电压控制系统(AGC)
调峰 调频
无限制
低渗透率 无调节能力
限制出力 限制变化率
参与系统AGC控制
电网对风电场有功出力的要求
渗透率上升
高渗透率
有调节能力
同步电机
恒速异步机组
双馈异步机组
无储能
示范性储能
直驱风机
风机技术发展 储能技术发展
大规模储能
17
课题二 电网友好型风电控制技术
C风电场自动电压控制系统(AGC)续
Pforecast +-
Wind Prediction System
Preg
Supervisory Dispatching
• 无功源
– 双馈风机 – 定功率因素运行
– 笼型风机的机端并联电容 – 投切策略不理想
– 升压站并联电容/电抗 – 常投或常不投
– Statcom/SVC等动态补偿设备 – 缺乏合理的容 量整定与控制策略配合
• 电压调节设备
– ULTC抽头 – 无控制
改善风电场无功-电压状况 的关键在于合理配备、协 调利用已有装备。
我国风力发电的发展动态
• 风力发电是可再生能源中技术最成熟，最
可能成为传统火电的替代能源发电形式
• 预期2013年风电成本达到常规能源水平
• 风电项目集中开发，三北地区的“风电三
峡”，苏北地区的“海上三峡”
• 接入系统问题已经成为制约风电发展的首 要问题
– 新建风场普遍距离电网负荷中心较远
– 检测和标准体系不完善，现有技术规范主要针
负荷预测精度高，发电计 划定制相对容易
2
在风电领域的研究展望
风电场的 AGC/AVC济优化 运行
风机、风电 场的静、动
态建模
风电
风电功率预测
3
在风电领域的研究展望
减少多级变电、输配电过程
• 风机工作模式
– 风速较高，多发有功，获取电 能效益
– 风速较低，多发无功，少发有 功，起无功补偿作用
5
一、高风电渗透率电力系统建模与分析
• A并网型风电场建模与分析
– A.1风电场建模及仿真研究 – A.2风电场无功-电压/有功-频率特性分析
• B高风电渗透率电力系统建模与分析
– B.1含风电的电力系统等值建模与仿真 – B.2稳态计算/优化计算 – B.3电压稳定性/暂态稳定性/传输极限分析 – B.4风电场短路试验
6
课题一 高风电渗透率电力系统建模与分析
A.1并网型风场建模及仿真研究
• 考虑尾流效应的风电 场静态等值模型
• 基于端口特性拟合的 风电场动态等值模型
7
课题一 高风电渗透率电力系统建模与分析
A.2 风电场Q-U特性分析
笼型异步机风场 双馈机风场
8
课题一 高风电渗透率电力系统建模与分析
课题进展与现有研究成果
NWP(数值天气预报) 测风点实测风速
风机轮彀处风速/风向
风机出力
11
课题二 电网友好型风电控制技术
B风电场自动电压控制系统(AVC)
接入点考核
局部优化
全局优化
接入点电压水平
接入点功率因素 接入点电压闪变 接入点电压波动
无调节能力
恒速异步机组
降低配网网损 支援局部电压
参与系统AVC控制
电网对风电场电压控制的要求
• A基于微气象学的风电场预测技术 风机控制技术快
• B风电场自动电压控制系统(AVC)
速发展
• C风电场自动发电控制系统(AGC) • D风电场能量管理系统 • E风电场控制技术的标准化
？？？
风电场自动控制 技术相对滞后
电网自动化程度 提高
10
课题二 电网友好型风电控制技术
A基于微气象学的风电场预测技术
14
课题二 电网友好型风电控制技术
B风电场自动电压控制系统(AVC)续
U PCC
1.0 7欠
补 0.97
过压 合格域 过 补
欠压
PCC状态 模块预测系统指令 事件判断模块
事件1： 事件2：功率 事件3： 事件4：系 电压越限 因素不合格 电压波动 统AVC指令
指令决策模块
-0.98
0.98 cos
国家电网公司科技项目 2009.12机网协调子题，含风电的大电网建模与分析
清华大学
内蒙古电力调通中心 2009.10风电场短路试验
北方联合电力有限责任公司科技项目 2009.8大型并网风电场的无功电压问题分析
张家口市供电局科技项目 2008.7张家口地区风电运行若干关键问题研究
9
二、电网友好型风电控制技术
有无功调节能力
类似同步电机
双馈异步机组
直驱风机
风机技术发展
无功补偿技术发展
固定投切电容器组
自动投切电容器组
SVC/Statcom
阶梯型调节、
小阶梯调节、
可连续调节
人工调节
自动调节
12
课题二 电网友好型风电控制技术
B风电场自动电压控制系统(AVC)续
据统计，在内蒙电网33个风场中没有一家电压/无功合格率 达到90%以上，有将近1/3的风场合格率不足60%。
对异步风机
1
影响风电运行的关键问题
• “劣质”电源
– “不可靠”：风速随机性
– “不可调”：风机调节能力差
• 优质电源
– 可预测 – 可靠 – 可调度
风电场
常规电厂
能源供给不稳定，有功出 能源供给稳定，有功出力
力不稳定
稳定
有功/无功主动调节困难
有功/无功可在大范围内 灵活调节
风电预测难度大，精度低