新能源并网发电系统并网导则

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1、第圆章摇新能源并网发电系统的并网导则传统的交流电力系统中，发电子系统一般采用三相交流同步发电机，其输电和配电子系统中各个元件及整个电力系统经济稳定的运行手段都基于同步发电系统而设计［员］。新能源发电系统，尤其是基于电力电子设备的发电系统，其静态和动态特性均与传统同步发电系统相差较大，对传统电力系统的运行方式产生了一定的冲击。由于涉及经济安全、生产和日常生活，电力系统的安全和稳定运行事关重大，为减小甚至消除大规模新能源发电系统并网对传统电力系统所带来的冲击，各国的电网运营商不约而同地对新能源发电系统的输出特性制定了相关约束，即“并网导则（郧则蚤凿悦燥凿

2、藻）”。其目的是希望在对现有电网构架不作大规模改动的前提下，通过规范新型并网发电系统的输出特性来保证电力系统运行的稳定性和经济性。本章以风电和光伏发电系统为例，首先介绍新能源并网发电系统的输出特性，并讨论此特性对传统电力系统运行的影响，指出电网运营商规定新能源并网发电系统的并网标准（并网导则）的必要性；其次，在上述基础上，介绍新能源发电并网导则的发展历程、主要内容及发展趋势。圆郾员摇新能源并网发电系统的特点从一次能源的特点来看，新能源可分为持续性能源和时变性能源。生物质能、地热能等持续存在的能源为持续性能源；而具有不确定特性的风能和太阳能，都属于时变

3、性能源。从发电系统的结构特点来看，新能源并网发电系统包括直接并网型（直接耦合型）发电系统和间接并网型（包括半耦合型和非耦合型）发电系统，其结构分别如图圆鄄员葬和遭所示。直接并网型发电系统中，一次能源经动能转换系统带动发电机旋转，发电机与电网直接相连；间接并网型发电系统中，一次能源经电能转换系统转换为电能后，经变流系统与电网间接相连，根据电能转换系统与电网的连接关系，间接并网型发电系统进一步可分为半耦合型和非耦合型发电系统，非耦合型发电系统的电能转换装置与电网之间由变流系统完全隔离，而半耦合型发电系统的电能转换装置与电网之间除了变流系统外还有直接连接（

4、见图圆鄄员遭），因而该系统存在两条功率交换通道，变流系统只实现部分的功率交换。一次能源特点和发电系统结构都将影响新能源并网发电系统静态和动态的电气外特性，使之呈现与传统发电系统不同的并网特性。圆源图圆鄄员摇新能源并网发电系统的基本结构圆郾员郾员摇静态特性对于风能和太阳能等时变性能源构成的发电系统，由于一次能源具有不确定性，其输出有功功率波动较大，且变化规律难以准确预测；与常规发电系统相比，其调度和出力计划分配都较困难。为最大限度地利用新能源，以提高电厂效益和减少二氧化碳排放，此类系统一般工作在最大功率点跟踪蕖（酝葬曾蚤皂怎皂孕燥憎藻则孕燥蚤灶贼栽则葬

5、糟噪蚤灶早，酝孕孕栽）方式。由于一次能源的不确定性和无法储备性，在电力系统丢失出力等需要增加有功功率输出的情况下，新能源并网发电系统并不能为向电网输送更大的有功功率，以平衡负载的需求。新能源并网发电系统的无功输出与发电系统的结构有关，在图圆鄄员葬所示结构中，若发电机为普通的异步发电机（也称为感应发电机），则其输出无功功率不可控，且取决于发电机转速、电网电压和频率［员］；若发电机采用同步发电机，其无功功率特性与传统发电系统相似，可通过调节同步发电机的转子励磁以控制其无功输出。在图圆鄄员遭所示结构中，可通过对变流系统的控制，实现系统输出无功功率在一定范围

6、内的灵活调节。圆郾员郾圆摇动态特性新能源并网发电系统动态响应的快慢与发电系统的结构有关。对于直接并网型发电系统，其动态响应受机械部分转动惯量的限制；对于间接并网型发电系统，其动态响应与交流系统的电气时间常数有关，该时间常数往往较小，且变流器由于采用电力电子器件，其调节速度较快，因而间接并网型发电系统的响应时间较快，能达到圆耀圆园皂泽［圆，猿］。蕖摇最大功率点跟踪，即通过控制新能源发电系统（如风电或光伏发电系统）的某些变量，以使系统输出最大电能，其具体解释可参见本书猿郾猿郾圆节和源郾猿节的相关介绍。圆缘新能源并网发电系统的故障响应与发电系统的结构也息息

7、相关。对于直接并网型发电系统，发电机内阻较小，使得其短路电流较大，然而，由于发电机绕组等电气部件承受过电流的能力较强（几个周波内可承受员园倍于额定电流的故障电流），故障下，该系统的不脱网运行能力较强；若采用同步发电机，故障下还可以通过调节励磁系统在一定范围内调节系统的无功功率输出。对于间接并网型发电系统，由于电力电子器件过电压和过电流的能力非常有限，故障下系统的不脱网运行能力较弱，严重故障下，为保护变流器，需要增加制动电阻、撬棒等辅助设备，或将系统从电网切出。系统脱网会导致电网的有功功率或无功功率缺失，往往不利于电网故障后的恢复［源原远］。圆郾圆摇新

8、能源并网发电系统对电力系统的影响随着新能源并网发电系统在电力系统中所占比重（渗透率）的增加，其特性对电力系统