1、风力发电接入电力系统科学与技术问题的研究,报告人 张保会,2008/10/24,国家“863”专题课题资助（2006AA05Z247）,目 录,一、前言 二、分散式能源及其发电的特点 三、接入电网产生的新科学与技术问题 四、应当开展的研究 五、结论,一、前言（1）,我国在相当长的时期内，仍需要大量发展电力 我国目前发电能源结构以燃煤火电为主，占整个发电量的88.83% 。 探明的煤可供使用约60年。 大气污染的主要来源是燃煤发电。发展可再生能源电力技术是历史发展的必然！,一、前言（2）,国 家 发电比例（%） 芬 兰 31.5% 葡萄牙 39% 荷 兰 9% ， 法 国 21% 丹 麦 29
2、西班牙 12.1% 瑞 典 15.7 印度 10 中国 8.1 （2020年）。,分布式能源发电2010年国际发展目标,一、前 言（3）,我国的新能源政策及风电发展 可再生能源法2006年1月1日生效。 “可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法”，国家发改委 2006年实行。风力发电装机容量 年份 增容（万千瓦） 总容量（万千瓦） 2004前 60 2005 50.3 110 2006 133.375 243 2007 270 503,一、前 言（4）,风电价格与传统火电价格比较,风力发电在世界范围内的发展速度,世界风力发电能力每增加一倍，成本下降15% !,单位：$cent/kwh,国外微
3、网接入电力系统示意,220V,380V,220V,10kV,10kV,主系统,10kV,我国集团式风力发电场接入示意,分散式电源区,负荷区,500kV,330kV,220kV,110kV,二、分散式能源及其发电的特点（1）,1、分布式能源的特点： 能源分布的地理特性：不适易人群居住的地方能源越丰富； 能量大小的随机性：在零与最大能量间变化，不会根据人类的需要改变，不可控制。 能量的不可储存性：不像储煤场、水库和核反应堆那样可以大容量储存一次能源，风能、太阳能目前尚无大容量的储存方法。,二、分散式能源及其发电的特点（2）,能量的低密度性：年风速大于等于3m/s的小时数在5000小时以上，其有效风
4、能密度大于才等于200W/m2。 不可运输性：风能、太阳能和海洋能等是不能运输的，生物质能由于其能量密度太低其运输成本也是巨大的。以上特点与石化能、核能等能量密度高、可存储、易运输、可控制使用等特点有极大差别。,二、分散式能源及其发电的特点（3）,2、分布式能源电力的特点： 电厂不在负荷中心：在一次能源丰富的地方。 单机容量小： 风力发电单机5MW一下。 发电功率大小的随机性：尽可能利用装机出力，随一次能量随机变化。 接入电网终端点：由于容量小、位于偏远地区，接入配电网。,二、分散式能源及其发电的特点（4）,丹麦年风力发电曲线,三、接入电网产生的新科学与技术问题（1）,风力发电接入电力系统有什
5、么科学问题？,50Hz?,50Hz?,110kV?,110kV?,(随机负荷),(随机电源),两组相互独立的随机变量难以实时平衡！,三、接入电网产生的新科学与技术问题（2）,随机发电能力与随机用电需求难以平衡！,曲线1风力发电能力、曲线2负荷需求、曲线3常规发电出力,解决风力发电接入电力系统的科学方法是什么？,P（随机）,110kV,P（可控）,50Hz,(随机电源),(随机负荷),(可控电源),一组随机发电能力叠加一组可控发电能力跟踪负荷随机变化，使电能实时平衡！,三、接入电网产生的新科学与技术问题（4）,基本科学问题:一组随机变量叠加一组可控变量，与另一组随机变量平衡的科学问题。 随机变量
6、和叠加的可控变量的比例多大？可控变量是什么？才可能与另一组独立变量平衡、经济的平衡？ 两组弱相关的随机变量在正常状态下如何调用才能实时的安全、经济平衡？ 事故状态下如何控制可控变量、负荷变量、网络切换才能安全运行？,三、接入电网产生的新科学与技术问题（5）,其中，L表示整流负荷、D表示交流负荷、S表示储能装置,四、应当开展的研究（1）,在尽可能多的利用随机能源的前提下，研究随机发电能力与可控发电能力随负荷发展的优化规划。在尽可能经济和安全的前提下，研究正常运行时最大限度的利用随机电能的分析理论和调度技术；研究在电力系统遭受扰动后，保持系统安全、稳定运行的理论方法、自动装备和技术手段。,四、应当
7、开展的研究（2）,分散式能源发电的优化规划及其可靠性评估 单风场、区域内风场风能的预测及可用度模型。 单风电场、区域内风电场电力、电量可用度模型。 风电力、电量与常规电力、电量的优化规划。 风电场容量和场址选择。,四、应当开展的研究（3）,分散式能源发电的优化规划及其可靠性评估 中、低压配电网架承载随机电能能力的研究。 风电场接入方式、接入电压、接入位置的优化。 含风电的电力系统可靠性评估。 分布式能源电力利用的经济性评价。,四、应当开展的研究（4）,含有分散式能源电力的电力系统运行分析及控制调节策略 对分散式发电设备、控制设备的入网技术要求。 分散式发电设备接入电力系统的静态模型。 分散式发
8、电设备接入电力系统的动态模型。 含有分散式能源发电设备的电力系统静态分析理论与算法研究。 含有分散式能源发电设备的电力系统动态分析理论与算法研究。,四、应当开展的研究（5）,含有分散式能源电力的电力系统运行分析及控制调节策略 随机电力、电量中、短期预测。 随机电力、电量与可控电力、电量的优化调度。 电力系统稳态运行控制策略的研究。 电力系统预防控制策略的研究。 无功平衡与电压控制的优化。,四、应当开展的研究（6）,分散式能源电力系统的继电保护与安全自动装置大容量电力储能装置的研究。 电力储能装置紧急控制策略的研究。 全线速动继电保护研究。 继电保护与安全自动装置配合方式的研究。 频率紧急控制方
9、式与装置研究。 电压紧急控制方式与设备研究。,四、应当开展的研究（7）,分散式能源电力系统的继电保护与安全自动装置含有分散式电源的安全稳定紧急控制系统的研究。 分散式电源故障解列、振荡解列与解列保护研究。 分布式能源电网的“孤岛”后频率与电压自动控制。分布式电源恢复并网控制研究。 远方信道与自动化信息网络研究。,五、结论,分布式能源的电力系统由于一次能源不可控而产生新科学问题。 解决问题的思路是利用一组可控发电能力叠加随机发电能力与用电负荷实时平衡。 在电源规划、网络规划阶段需要研究：分散式能源发电的优化规划及其可靠性评估。 在运行阶段需要研究：分散式能源接入电力系统后的运行分析及控制调节策略。 为了保证扰动后的安全运行需要研究：分散式能源电力系统的继电保护与安全自动装置,谢谢大家！,
