新能源在电网的应用

新能源在电力系统中的应用云南电网科技管理培训班讲座2009年5月21日昆明光伏发电技术及应用现状风力发电技术及应用现状新能源发电常见形式介绍提纲目前云南电网开展工作介绍新能源并网发电技术展望一、新能源发电常见形式介绍新能源、可再生能源、分布式能源概念——NewEnergyRenewableEnergyDistributionEnergy新能源发电概述新能源可再生能源分布式能源传统能源不可再生能源集中式能源风能、太阳能、生物质能….一、新能源发电常见形式介绍新能源多以可再生能源为主新能源多以分布式应用为主水能作为常规能源形式属于可再生能源，可同时进行集中和分散式应用区别与联系一、新能源发电常见形式介绍风力发电——全球装机超过1.2亿kW；中国装机超过1200万kW，亚洲第一、全球第四——国家新能源发展规划：重点发展风电，目标调整2020：3000万kW到上亿kW；地区西北、沿海（甘肃内蒙江苏）——云南大理首个风电项目已投运，后续风电规划的风电项目有20多个常见新能源发电形式应用现状一、新能源发电常见形式介绍太阳能光伏发电——西班牙、德国、美国装机都超过百万kW；中国装机粗略估计为100MW左右，刚刚起步——国家新能源发展规划：扶持太阳能发电，目标调整2020：180万kW到上千瓦kW——政策扶持：财政补贴、优惠电价（特许权招标）——云南首个并网光伏发电项目已投运，目前石林两个百兆瓦级电站规划建设常见新能源发电形式应用现状光伏发电技术及应用现状风力发电技术及应用现状新能源发电常见形式介绍提纲目前云南电网开展工作介绍新能源并网发电技术展望二、风力发电技术及应用现状——风电控制技术典型风力发电系统恒速恒频异步风力发电机变速恒频（VSCF）风力发电机双馈风力发电机（DFIG交流励磁）永磁直驱风力发电机（PM）定桨距失速型风机变桨距控制型风机原动机形式发电机形式VSCF通过电力电子背靠背变频技术可有效调整发电功率输出，进而调整电磁转矩控制机组转速风力发电机组控制系统核心器件：主控制器特有功能：调向系统、变距系统制动系统、并网方式不同于常规电厂二、风力发电技术及应用现状定桨距异步风力发电机组并网控制抑制并网时的冲击电流接近同步转速双向晶闸管导通角逐步打开接触器闭合，旁路双向晶闸管大理--WP4060二、风力发电技术及应用现状二、风力发电技术及应用现状定桨距异步风力发电机组软并网750kW异步电机，35kV并网抑制并网时的冲击电流接近同步转速双向晶闸管导通角逐步打开接触器闭合，旁路双向晶闸管定桨距异步风力发电机组软并网软并网与直接并网二、风力发电技术及应用现状定桨距异步风力发电机组软并网软并网与直接并网软并网启动时吸收的有功、无功小软并网启动时冲击电流约3倍直接并网时冲击电流约10倍结论：二、风力发电技术及应用现状定桨距异步风力发电机组并网控制MITA控制系统二、风力发电技术及应用现状机组8组电容器，电容接触器投切；全厂DWZT调压式无功补偿装置投入电容器无功补偿减少从电网吸收的无功保证功率因数在要求范围二、风力发电技术及应用现状双馈风力发电机组并网控制采用转子交流励磁，有频率、幅值、相位三个控制量调节转子交流励磁的频率，保证并网频率调节转子交流励磁的幅值，保证并网电压并网后P、Q解耦控制；可实现MPPT（额定风速以下）二、风力发电技术及应用现状风风力机齿轮箱LSHS双馈感应发电机电网AC/DCDC/AC永磁直驱风力发电机组并网控制“柔性并网”，跟踪控制，由电力电子器件实现冲击电流小可进行有功、无功控制可实现MPPT二、风力发电技术及应用现状变桨距变速恒频与定桨距风力发电机组比较优点最大风能跟踪，风能利用率高（小于额定风速）可进行有功/无功控制变桨距控制，输出功率平稳（大于额定风速）二、风力发电技术及应用现状缺点：主设备及控制系统复杂建设投资大风力发电的波动性二、风力发电技术及应用现状——运行特性分析上午3-9时为低谷时段9-11月上旬，11时开始负荷逐步上升，17-24时为发电高峰11月上旬到12月，11时发电量开始逐步上升，17-19时达到高峰大新线功率在10MW以上时功率因数均在0.98-1.0之间统计大新线9月-12月的运行数据：风力发电的波动性二、风力发电技术及应用现状00.050.10.150.20.250.30.350.40.4512:4014:1015:4017:1018:4020:1021:4023:100:402:103:405:106:408:109:4011:10P10月8日功率波动幅度最大约0.4p.u.全厂日功率3~27MW全天风向较稳定,风速引起波动15017019021023025027012:4014:1015:4017:1018:4020:1021:4023:100:402:103:405:106:408:109:4011:10风向角风力发电引起电压的波动仿真图二、风力发电技术及应用现状用二台2MW风机等效风电场风机风速不同并入多分段10kV线路，各节点电压波动风力发电引起电压的波动第一台风机二、风力发电技术及应用现状第二台风机风力发电引起电压的波动各节点电压曲线二、风力发电技术及应用现状风力发电引起电压的波动结论二、风力发电技术及应用现状风速变化对电网的节点电压产生影响，电压波动的大小取决于电网容量、电网结构、风力机组类型、风电场容量等因素；风电场输出功率的波动导致了电网各节点电压的变化，离风电场接入点越近则电压波动越明显，接入点处的节点电压波动最大。节点3的电压波动现象己经非常严重，超出了允许范围。风力发电引起电压的波动大风坝电压波动：二、风力发电技术及应用现状阵风（上升速度为5m/s，时间5s）造成的风电场升压站母线电压波动幅度为0.22%~-3.61%；渐变风（最大幅度为5m/s，时间5s）造成的风电场升压站母线电压波动幅度为0.51%~-10.8%；风力发电机启动并网时，风电场升压站母线电压波动幅度最高达-16%；风电机组突然脱网，母线电压波动幅度最高达4%GB/Z19963-2005《风电场接入电力系统技术规定》--电压偏差越限风力发电引起电压的波动对策：二、风力发电技术及应用现状双馈风力发电机组的电压、无功控制功能可适度补偿电压的波动，并可降低并网冲击电流永磁直驱风力发电机组可进行无功控制，可适度补偿电压的波动，可有效降低并网冲击电流采用储能装置是抑制功率和电压波动的有效手段风电规模对电网的影响二、风力发电技术及应用现状——风电接入对电网影响风电穿透功率极限（windpowerpenetrationlimit）：风电78.75MW、大理电网最大负荷550MW，为14.32%；云南电网最大负荷为13439MW，为0.58%；风电场的短路容量比：大新线的并网点短路电流为14.278kA，短路容量比为2.89%；(欧洲规定4%-5%)风电场容量相对较小，对电网无明显影响。风电接入对云南电网稳定的影响--电科院研究结论：二、风力发电技术及应用现状风电的接入不会改变电网原有的机电振荡模式，且机组容量相对较小，对南方电网本身存在的弱阻尼甚至负阻尼振荡模式没有影响；风电机组在大扰动后的阻尼特性能满足电网的要求，区域性和区间性两个弱阻尼下的低频振荡不会诱发风电机组发生该振荡频率下的低频振荡；大风坝和者磨山风电场并网运行，不会恶化云南电网的稳定性，但风电场并网运行后改变了某些输电线路的潮流方向，设置线路保护时需予以重视。光伏发电技术及应用现状风力发电技术及应用现状新能源发电常见形式介绍提纲目前云南电网开展工作介绍新能源并网发电技术展望三、光伏发电技术及应用现状——光伏并网控制技术典型光伏发电系统独立户用型（无电人口）（电压源电压控制）并网型（电压源电流控制）并网/独立型（并网PV＋UPS：电压源控制切换）三、光伏发电技术及应用现状——光伏并网控制技术典型光伏发电系统独立/并网型光伏发电系统应用示意图三、光伏发电技术及应用现状——光伏并网控制技术并网光伏发电系统典型拓扑PV电池组件IGBT逆变桥变压器（无变压器型）电网单相光伏并网逆变器典型电路拓扑结构逆变控制器（核心部件）三、光伏发电技术及应用现状——光伏并网控制技术并网光伏发电系统关键技术核心技术：并网逆变器控制技术1、MPPT技术2、电能质量控制（谐波源）3、控制与保护三、光伏发电技术及应用现状——光伏并网控制技术并网光伏发电系统关键技术MPPT技术（软件）难点：动态追踪太阳最大辐射能1、在线扰动法2、微分法3、下山法4、模糊规则法……..三、光伏发电技术及应用现状——光伏并网控制技术并网光伏发电系统关键技术电能质量控制（软硬件）难点：抑制注入电网的谐波电流在最低水平1、提高载波频率2、合理整定参数3、滤波器设计4、群控技术……..三、光伏发电技术及应用现状——光伏并网控制技术并网光伏发电系统关键技术控制与保护（软硬件）难点：速度要求、与电网配合1、抗孤岛保护2、可整定短路、过欠压/频保护3、通讯接口（transfertrip）……..光伏发电出力波动性三、光伏发电技术及应用现状——运行特性分析6:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0001002003004005006007008009001000光照强度(W/m2)时间6:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:000102030405060708090100110120130系统有功输出（kW）时间6:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:000100200300400500600700800900100011001200光照强度(W/m2)时间6:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:000102030405060708090100110120130140150160170系统有功输出（kW）时间晴天时发电曲线多云时发电曲线光伏发电功率因数特性三、光伏发电技术及应用现状——运行特性分析对负荷特性的影响——负荷预测、调度计划三、光伏发电技术及应用现状——接入对电网的影响6:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0050100150200250300350400450时间园区实际负荷与园区等效负荷(kW)6:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:00020406080100120140光伏发电量（kW）时间园区等效负荷园区实际负荷对输电网稳定的影响（大容量接入）三、光伏发电技术及应用现状——接入对电网的影响快速波动性对系统调峰调频的影响——集中大容量与分散高渗透率并网的区别快速波动性对系统电压稳定的影响——VoltageFollow/VoltageRegulation保护特性对输电网系统稳定的影响——Over(Under)-Voltage/Over(Under)–Frequency——LVRT短路电流控制水平对系统保护定值整定的影响对配电网的影响（大容量接入）三、光伏发电技术及应用现状——接入对电网的影响7:009:0011:0013:0015:0017:0019:00020406080100120140160时间光伏发电量(kW)7:009:0011:0013:0015:0017:0019:00-130-110-90-70-50-30-101030时间电网供电量(kW)7:009:0011:0013:0015:0017:0019:00-1001020304050时间园区实际负荷(kW)1.潮流影响对配电网的影响（大容量接入）三、光伏发电技术及应用现状——接入对电网的影响潮流方向改变导致断路器/熔断器动作失去选择性光伏短路特性对配网保护定值的影响PV与自动装置失去配合（备自投/重合闸/低周减载）2.对配电网的影响—保护/安自装置3.对配电网的影响—电压/无功潮流方向改变导致配网馈线电压分布变化PV输出功率的快速变化可能引发电压波动对配电网的影响（大容量接入）三