風(fēng)電并網(wǎng)及運(yùn)行技術(shù)

主編 吳濤：西安交通大學(xué)博士?，F(xiàn)為華北電力科學(xué)研究院系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)

序

前言

第一章風(fēng)電運(yùn)行及發(fā)展規(guī)劃

第一節(jié)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀

第二節(jié)風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃

第二章風(fēng)電接入電網(wǎng)技術(shù)

第一節(jié)風(fēng)電接入電網(wǎng)分析

第二節(jié)風(fēng)電并網(wǎng)繼電保護(hù)配置

第三節(jié)風(fēng)電機(jī)組特性測(cè)試及風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)檢測(cè)

第三章風(fēng)電并網(wǎng)繼電保護(hù)配置

第一節(jié)風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型

第二節(jié)風(fēng)電場(chǎng)擾動(dòng)試驗(yàn)及風(fēng)電機(jī)組模型參數(shù)辨識(shí)

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

第四節(jié) 風(fēng)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(fēng)電運(yùn)行管理

第一節(jié)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)

第二節(jié)風(fēng)電調(diào)度與優(yōu)化技術(shù)

第三節(jié)風(fēng)電運(yùn)行特性研究

第四節(jié)風(fēng)電運(yùn)行異常情況分析

第五章風(fēng)電建模及仿真

第一節(jié)風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)

第二節(jié)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

第三節(jié)風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電技術(shù)

第四節(jié)光伏、儲(chǔ)能物理數(shù)字混合仿真

第五節(jié) 輕型高壓直流輸電技術(shù)在風(fēng)電送出中的應(yīng)用

附錄 目前執(zhí)行的風(fēng)電相關(guān)文件和標(biāo)準(zhǔn)

參考文獻(xiàn)2100433B

近年來(lái)風(fēng)電迅速發(fā)展，與常規(guī)水電、火電相比，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行存在以下兩個(gè)特點(diǎn)：

1、無(wú)功調(diào)節(jié)能力不強(qiáng)，如恒速恒頻異步風(fēng)機(jī)（簡(jiǎn)稱“常規(guī)異步風(fēng)機(jī)”）在任何運(yùn)行方式下均不能向系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，僅能通過(guò)電容器投切，調(diào)整其等效功率因數(shù)接近1.0；變速恒頻雙饋異步風(fēng)機(jī)（簡(jiǎn)稱“雙饋風(fēng)機(jī)”）能提供一定動(dòng)態(tài)無(wú)功支持，但通常采用恒定無(wú)功控制方式，其無(wú)功調(diào)節(jié)能力有限（國(guó)網(wǎng)勵(lì)磁相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，常規(guī)火電機(jī)組必須運(yùn)行在恒定定子電壓控制，禁止恒定無(wú)功控制方式）。

2、有功出力隨風(fēng)速變化而隨機(jī)波動(dòng)。一方面，風(fēng)電場(chǎng)有功波動(dòng)引起沿線無(wú)功損耗變化，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓波動(dòng)，且難以控制；另一方面，其潮流波動(dòng)對(duì)同一送電通道上的常規(guī)火電機(jī)組而言，相當(dāng)于擾動(dòng)源，可能引發(fā)低頻振蕩。

目前在一般情況下，風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越功能模塊大都沒(méi)有投入，且風(fēng)電機(jī)組的電力電子設(shè)備所設(shè)置的保護(hù)門檻比較靈敏，在電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)可能由于非線性保護(hù)動(dòng)作而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)自動(dòng)脫網(wǎng)。若出現(xiàn)大容量風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，引起系統(tǒng)過(guò)電壓，可能導(dǎo)致常規(guī)火電機(jī)組深度進(jìn)相，甚至導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制動(dòng)作，控制切換為恒定無(wú)功控制，一些AVR的PSS功能被屏蔽，系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)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(fēng)電接入后，將導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行特性發(fā)生變化，引起電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行等部門的廣泛關(guān)注。

本書從風(fēng)電運(yùn)行調(diào)研及發(fā)展規(guī)劃、風(fēng)電仿真、大規(guī)模風(fēng)電接入后電網(wǎng)安全穩(wěn)定研究、風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理等方面，開展電網(wǎng)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行研究。主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下：

(1) 國(guó)內(nèi)首次建立了包括DIGSILENT、 PSS/E、BPA和PSASP等程序的綜合風(fēng)電仿真分析平臺(tái)，用于進(jìn)行不同類型風(fēng)機(jī)特性仿真和風(fēng)電接入后電網(wǎng)穩(wěn)定性研究，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的發(fā)明專利《一種發(fā)電機(jī)低電壓保持并網(wǎng)的測(cè)量方法和系統(tǒng)》；

(2) 在風(fēng)電場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算分析、比較論證，選擇確定華北電網(wǎng)風(fēng)電小擾動(dòng)及短路試驗(yàn)方案，成功進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，形成風(fēng)電參數(shù)測(cè)試試驗(yàn)方法；

(3) 國(guó)內(nèi)首次根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，用風(fēng)電仿真分析平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比仿真分析，提出華北電網(wǎng)雙饋風(fēng)機(jī)關(guān)鍵模型參數(shù)及保護(hù)特性參數(shù)，為更準(zhǔn)確開展電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算分析和采取措施提供了技術(shù)保證，其中由試驗(yàn)得到的不同廠家風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越特性為《華北電網(wǎng)風(fēng)電接入系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》修編提供技術(shù)依據(jù)；

(4) 華北首次用風(fēng)電實(shí)測(cè)模型參數(shù)及保護(hù)特性參數(shù)開展風(fēng)、火電混合遠(yuǎn)距離送電及大規(guī)模風(fēng)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(yán)重故障安全自動(dòng)裝置策略，用于指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行。

《風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)》可作為研究生及從事風(fēng)電技術(shù)和其他可再生能源發(fā)電技術(shù)研究人員的參考用書。書中主要內(nèi)容是作者的觀點(diǎn)和研究結(jié)果，所得到的結(jié)論僅供讀者參考。大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行在我國(guó)已經(jīng)開始邁出快速發(fā)展的步伐，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行及風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)問(wèn)題已經(jīng)被風(fēng)電領(lǐng)域的研究者們所關(guān)注?！讹L(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)》嘗試從風(fēng)電機(jī)組建模、風(fēng)電場(chǎng)建模、風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)控制、風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后引起的電能質(zhì)量、風(fēng)電并網(wǎng)后系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性及風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行內(nèi)部相關(guān)要求等方面研究和探討風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行所涉及的問(wèn)題；從風(fēng)電機(jī)組故障診斷和風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控與常規(guī)維護(hù)兩方面對(duì)風(fēng)電機(jī)組或風(fēng)電場(chǎng)非正常運(yùn)行時(shí)的問(wèn)題進(jìn)行分析和探討，并根據(jù)研究結(jié)果，在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)方面給出一些建議。《風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)》最后一章簡(jiǎn)單探討了風(fēng)光互補(bǔ)與風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電內(nèi)容。

本書全面介紹了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)方面的知識(shí)及相關(guān)的主要問(wèn)題，幫助讀者了解風(fēng)電并網(wǎng)的最新研究成果及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，介紹與風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)的主要電氣、機(jī)械知識(shí)，機(jī)械工程師可以學(xué)習(xí)到足夠的電力工程知識(shí)，使他們可以理解風(fēng)電場(chǎng)電壓控制和故障穿越問(wèn)題；而電氣工程師可以從介紹的風(fēng)電機(jī)組空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)中獲益。他們都需要理解電力市場(chǎng)，尤其是風(fēng)電可能如何交易。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有像此書這樣綜合性地全面介紹風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)技術(shù)的專著。尤其在我國(guó)風(fēng)電迅速發(fā)展，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)已成為一個(gè)重大關(guān)注問(wèn)題的背景下，本書有重要參考價(jià)值。

本書適用于風(fēng)力發(fā)電尤其是風(fēng)電并網(wǎng)方面的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用等方面的有關(guān)人員，包括研究、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行人員；本書也適用于可再生能源有關(guān)專業(yè)的大學(xué)本科生和研究生，也可用于教學(xué)培訓(xùn)。

《風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)技術(shù)》主要內(nèi)容包括風(fēng)電場(chǎng)的組成與控制，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定和要求，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)方案，風(fēng)電場(chǎng)調(diào)壓計(jì)算、潮流計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算、一次部分計(jì)算、繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、調(diào)度自動(dòng)化、通信，風(fēng)光聯(lián)合運(yùn)行，風(fēng)能和抽水蓄能及其他儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，可再生能源發(fā)電微電網(wǎng)運(yùn)行等。