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这一次,国调、电科院专家聊透风电大基地并网消纳

“随着我国新能源的快速发展,其对电网安全稳定的影响日益突出,必须引起我们高度重视。”国家电网调度控制中心教授级 […]

这一次,国调、电科院专家聊透风电大基地并网消纳

“随着我国新能源的快速发展,其对电网安全稳定的影响日益突出,必须引起我们高度重视。”国家电网调度控制中心教授级高级工程师裴哲义呼吁。

 

时隔十年,大基地再次成为中国风电产业发展的焦点。在开发建设过程中,当千万千瓦级基地风电大规模并入电网,并网点的电压稳定、频率稳定对电网安全至关重要。如何安全稳定的接入电网,对开发企业、整机商和电网将是一个巨大的考验。

 

5月16日,「麒麟学院」在线举办“大基地时代——决战风电并网”思辩会。

 

裴哲义与中国电科院电力系统所发电控制与电网工程实验室主任李文锋,清华大学电机系教授、博导谢小荣,华能集团新能源事业部技术管理处处长李国庆,金风科技电网技术总工程师乔元等多位电力并网专家同台论道,共同探讨大基地时代如何决战风电并网。

 

以下是嘉宾精彩观点摘要:

 

裴哲义:切实重视特高压输电条件下风电并网的有关技术问题

国家电网调度控制中心教授级高级工程师
裴哲义

中国能源生产和消费呈逆向分布,大规模风电基地等一次能源集中在西部,而用电负荷集中在中东部,客观上需要长距离大功率远送才能把西部丰富的绿色风电送到中东部的负荷中心,特高压直流输电作为一种有效手段应运而生,在全国范围内实现了能源资源的优化配置。但特高压直流输电自有的技术特性也给新能源并网提出了新的要求。

 

风电涉网可能引发一些问题。例如,新能源机组电网适应性不足,不具备高电压穿越能力,因而存在大规模脱网的风险;新能源高占比下系统频率和电压调节能力持续下降;多电力电子设备交互作用复杂,振荡问题凸显;风电频率耐受及调节能力不足。这些都将成为未来大规模风电基地并入电网时的潜在风险点。

 

2020年将发布新版《风电场接入电力系统技术规定》。根据新修订的标准(征求意见稿),新能源的故障穿越包括低电压穿越和高电压穿越,其中低电压要求为0.2pu,高电压要求为1.3pu;新能源的频率适应性范围为48-51.5Hz;新能源可以通过控制去实现惯量响应和一次调频特性;根据实际电网需要开展风电场并网次/超同步振荡分析及防控措施专题研究。

 

为了维护电网安全稳定,建议做好以下几项主要工作:一是要落实《电力系统安全稳定导则》相关要求,不符合强制性标准要求的,依法承担民事或刑事责任;二是加快《风电场接入电力系统技术规定(GB/T 19963-2011)》等国家和行业标准的修订工作,指导和促进行业健康发展;三是加快完成存量风电涉网性能整改工作;四是配套开展无功补偿装置改造;五是不断提高装备制造水平。

 

未来我们面对的一个很大挑战就是调节能力。风电和光伏都是波动性能源,它需要调节电源,其中储能是一个很好的选择。具体到一个电网需要配多少储能,怎么配储能,这与当地的电网情况和配储能的功能有关,需要进行论证。但未来新能源场站配置储能,应该是一个方向。

 

李文锋:大基地风电并网必须关注惯量、电压、频率和阻尼控制,才能满足电网电压稳定要求

中国电科院电力系统所发电控制与电网工程实验室主任
李文锋

新能源发电正加速由辅助电源向主力电源转变。随着新能源装机占比不断提高,以同步机为主导的网源协调特性逐渐向电力电子化特性方向演变。

 

同时,伴随特高压交直流快速发展,特别是特高压直流输电规模的阶跃式提升,系统强直弱交矛盾突出,扰动能量冲击增大,影响范围广,呈现全网一体化特征。

 

随着电源和电网结构的变化,电力系统的惯量、电压、频率、阻尼控制等基本特性发生了深刻的变化,在特性认知、稳定控制、安全防御等方面,需要在标准上提出新要求,在工程上提出新措施。

 

就技术要求而言,新能源场站的电压和频率耐受能力原则上与同步发电机组的电压和频率耐受能力一致;含新能源场站应具备一次调频、快速调压、调峰能力,且应满足相关标准要求;电力系统应具备基本的惯量和短路容量支持能力,在新能源并网发电比重较高的地区,新能源场站应提供必要惯量与短路容量支撑;接入35kV以上电压等级的分布式电源应具备一次调频、快速调压、调峰能力,其电压和频率耐受能力原则上与同步发电机组的电压和频率耐受能力一致。

 

此外,应研究、实测和建立电力系统计算中的各种元件、装置及负荷的详细模型和参数。计算分析中应使用合理的模型和参数,以保证满足所要求的精度。计算数据中已投运部分的数据应采用详细模型和实测参数,未投运部分的数据采用详细模型和典型参数。

 

双馈机组和直驱机组在大基地的电压稳定上都能通过自身特点和系统配合,实现系统性能最优,满足大基地条件下的电网电压稳定要求。

 

随着未来电网发展,常规电源的惯量基本保持在一定水平,只能从新增的新能源来增加。因此,风电可以参与调频,我国前五大风电机组厂家都具有惯量和一次调频技术能力。

 

谢小荣:避免次同步振荡要重视前期风险评估

清华大学电机系教授、博导
谢小荣

次同步振荡主要有三大危害。电磁振荡会造成风电机组撬棒电路损坏,危及风电场中电气设备的正常运行;电磁振荡会造成机组过电压/电流,引起保护装置动作,导致风电机组脱网事故的发生;谐波和间谐波会影响电力系统的电能质量,可能造成风电场不能顺利并网,从而造成一定的经济损失。

 

为避免次同步振荡,建议在电源规划和建设方面,要重视机组选型与控制参数设计、风电次同步振荡风险评估;要布置必要控保装备;在大基地投产运行后,要有广域监测、预警与保护(紧急控制)系统。

 

从电网侧看,直驱风机以变流器特性为主;双馈风机则约70%是一个异步机,还有约30%是电力电子变流器。

 

双馈风机对电网的作用有两个,第一是感应发电机效应,这个对次同步振荡有一点影响。严重时,一个串补输电系统,双馈风机的感应发电机效益与控制的相互作用,可能会使得风险增加。

 

对于特高压交流串补场景,双馈电机的负电阻特性会产生次同步振荡风险。但是对弱电网来讲,直驱和双馈,都有电力电子的控制,可能都会有次同步振荡的问题,需要相关方采取足够关注,在技术改进上采取措施。

 

所以对风电设备电网接入场景要综合分析,这其中控制产生的感应发电机效应占主导地位,还是由变流器的控制占主导地位?没有一个标准答案,要根据具体的系统分析来看。

 

李国庆:开发商需要系统处理平价上网与新导则的双重要求

华能集团新能源事业部技术管理处处长
李国庆

从开发商角度来看,新导则颁布将会进一步提升新能源发电设备的电网适应性,有利于行业健康发展。平价上网政策环境下,需要在项目的各个环节都能够节约成本降低造价,要做到从前期资源测试、微观选址、设备选型、工程建设和生产运维全生命流程的科学管控。

 

对于占主要成本的主机价格,需要从设计、制造、运输、施工等环节跟开发商一起让主机既符合并网导则的技术要求,又要让造价符合平价上网的经济要求。各开发商的招标文件中提出导则技术要求,主机厂商要快速推进符合并网导则的各种认证试验工作,才能进入招标范围。

提到储能,建设电网友好型新能源项目,这是行业发展的需要。目前配合新能源电源建设的储能技术标准还不完善,接入技术标准、容量比例、新能源加储能建设模式的项目经济型平价等还需要技术和政策的协调配合,需要网源设备等各方通力合作。

 

乔元:风机设计要有裕量和一定的升级空间

金风科技电网技术总工程师
乔元

平价上网时代大家越来越重视成本。但是这个账如果细算下来,为了维持20年全生命周期的安全稳定运行,风机不能只满足眼下标准要求来设计,应该预留一定空间来应对未来可能的升级需求。

 

我认为光伏和风电在新能源比例较高的电力系统环境应该参与系统的调频,例如像大基地这类场景,新能源电源局部占比较高,如果能够参与系统调频对系统的安全稳定更有意义。

 

一次调频在系统中应用,应该区别对待新能源和传统电源的特点,发挥各种的优势,就像排兵布阵一样。以新能源一次调频为例,它的特点是响应速度快,可以第一时间响应系统的频率变化,弥补传统电源在一次调频方面的响应速度,但是要注意到新能源本身源端不受控的问题。所以要扬长避短做到与传统电源的优势互补,实现电网系统的频率最优调节。

 

来源:能见Eknower     作者: 米小夏

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