提高电力体系风电接纳能力之储能整改配置研究

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1、提高电力体系风电接纳能力之储能整改配置研究第1章绪论1.1引言风力发电具有间歇性、波动性的自然特性，而风电机组通常也不具备存储电能的功能，因此风电机组的输出功率是随机变动的。此外，即使在同一个风电场内，由于风电机组不同安装地点风速和风向的差异，其出力也是不同步的，这种随机、波动的功率注入电网必将对电网的电能质量造成影响。随着风电场的集中式开发，人规模风电场并网对电力系统的影响已从简单的局部电压波动、谐波污染等电能质量问题发展到系统安全稳定、调频调峰、经济调度等方面。电源规划与电网发展不协调导致的弃风问题日益严重，以2011年为例，受当地风电消纳能力不足和外送通道限制

2、，我国全年弃风超过了100亿千瓦时；据测算，2012年预计将出现更严重的弃风现象，其中，我国蒙东、黑龙江、吉林、蒙西、新疆等风资源丰富的地区弃风比例可能达15%-35%。因此，提高风电并网能力成为风电大规模发展的新难题[12]。为实现大规模风电并网消纳，并消除风电对电力系统的不利影响，国内外都正在制定相关的政策并进行技术引导与支持，例如调整电源不合理结构、建设配套的强大输电网、完善风电并网标准等。根据未来智能电网的发展方向，风力发电作为可再生能源中重要的一部分，势必会大幅增加。从风电发展趋势来看，保证风电并网的可靠性、稳定性以及提高风电场功率输出可控性是未来发展的方

3、向。此外，面对短路等外部故障时电网需要有足够的故障穿越和恢复稳定能力。将储能系统应用到风电场并网系统中可以有效的达到上述目的，还能增加风电场输出的可控性，在减小风电弃风以及实现大规模应用方面有巨大的发展前景[34]。储能系统是在电网中增加一个存储电能的环节，使原来几乎刚性的系统变得柔性起来，它可以①补充系统中的可调可控型电源，弥补核电可调节性较差的缺陷，平滑太阳I华北屯力大学硕士学位论文能、风能发电出力，提高太阳能、风能利用率；②向负荷侧提供可调、可控、可移动式电力，以满足各种新型负荷或分布式能源的需求；③采用负荷平移技术，实现在电价高位时段享受低谷电价，以节省电费

4、支出；④适应负荷侧高质量、灵活、智能化的要求，减小谐波源、冲击性或波动性负荷对电网的影响；⑤实现集中式/分布式调控技术，对电源侧出力和负荷侧需求进行灵活调控，以保持电力供需的实时平衡，提高电网供电可靠性、安全性和发、输、变、配电设备的利用率。总之，储能系统在可再生能源接入、分布式发电、电动汽车以及未来智能电网的发展中发挥着重大作用，是保证电网运行安全性、经济性和灵活性的不可或缺的支撑环节。在风力发电并网系统巾应用储能系统也将是今后风力发电技术的重要发展方向。1.2课题研究现状1.2.1电网对风电接纳能力的研究现状某特定电网的风电接纳能力受电源结构、负荷特性、电网运行

5、水平和风电技术水平等多方面因素的影响，但从根本上说，是由于风资源波动性和间歇性导致风电场输出功率随机变化，引发系统电压稳定和频率稳定等问题[78]。在有功备用不足的孤立电网中，过高比例的风电将会导致系统调频困难，出现频率稳定问题；而针对大规模风电并网系统，风电场容量越大系统的无功裕度越小，电压稳定问题越突出；当风电输送的电气距离较远时，大量运行的风电机组使得系统转动惯量变小，一定程度上减弱了系统对振荡的阻尼作用，降低了系统运行的稳定性；为减小风电出力对系统的影响必须增加旋转备用容量，会使系统经济性下降这些最终制约着电网对风电的接纳能力。近些年，风能开发较早的美国、欧

6、洲很多国家都己开展了关于风电并网接纳能力的研究并将成果用于指导后续风电项目开发在美国，风电场并网时需进行安全性和稳定性校核，美国国家可再生能源实验室的研究表明，通过增加系统备用容量、改进电网调度运行方式、加强高压输电网架建设等措施，美国东部互联电网预计实现2024年风电功率穿透率达到20%的目标。在欧洲，很多国家开展了风电并网对输电系统、常规电源影响的定性、定量分析文献[16]针对欧盟范围内风电大规模并网效益的问题展开研究。文献[17]从风电成本构成、风能价格、接入系统、能源政策和经济影响等方面与常规能源进行比较，系统分析了风电经济性指标，并用于发电能源优化中。我国

7、在风电并网接纳能力方面的研究开展较晚，并且一直都没有取得很好的效果。例如，我国2008年以后建成的风电场很大一部分都没能正常并网运行，在新疆地区，风电场发出的电量至少有40%没能并网，主要原因是由于风电比例过大以及波动不稳定的功率输出对当地电网的影响太大，电网很难接纳。针对这种情况，需要结合电网自身调频、调峰能力对风电波动特性的消纳能力进行分析，同时对大容量风电场接入电网的安全性和稳定性进行系统研究。文献[18.19]讨论了风电并网遇到的各种问题，包括电能质量、系统稳定性、频率和保护等并提出了相应解决措施。文献[20.21]从静态电压稳定的角度探讨了风电接入电力