袁小明 大规模风力发电并网基础科学问题研究.pdf

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1、大规模风力发电并网基础科学问题项目申报人：袁小明博士、教授联合申报单位：华中科技大学、中国电力科学研究院、清华大学、浙江大学、香港大学深圳研究院、武汉大学、山东大学、天津大学、西安交通大学、海军工程大学、华南理工大学、湖南大学推荐部门：教育部1主要内容：一、立项背景二、关键科学问题三、课题设置四、研究团队五、研究基础和条件2大力发展风电是我国可持续能源战略的重要选择八大千万千瓦风电基地分布新疆吉林蒙西蒙东十二五规划风电装机甘肃河北风电装机（千万千瓦）山东20104.1江苏20159.0202015.0

2、内蒙、甘肃、吉林等省区风电最大出力已占本网最小负荷20%以上3我国风电并网已经存在重大问题–限电问题限电问题：已并网风电被限发。因常规发电适应风电波动的调节能力不足。东北电网冬夏季节典型日发电曲线冬季夜间风电出力大，冬季风电出力火电调节能力不足，必须限制风电出力夏季风电出力夜间夜间功率/MW时间/小时2010年上半年损失电量27.76亿千瓦时4我国风电并网已经存在重大问题–脱网问题脱网问题：已并网发电但因电网出现不同程度的扰动而自动脱网。2011年2月到4月风电脱网重大事故2010年4月12日11：3

3、0分吉林同发风电场脱网事故事故事故脱网脱网功率时间地点风机台数（万千瓦）风电场出力电网故障2011.2.24酒泉598842011.4.17瓜州702100电网频率2011.4.17张家口644852011.4.25*酒泉1278150*西北全网频率下降到49.765赫兹，330千伏母线电压降到247千伏并网问题已成为制约我国风电发展的一个关键瓶颈，受到行业和政府的高度关注5主要内容：一、立项背景二、关键科学问题三、课题设置四、研究团队五、研究基础和条件6关键科学问题一：强相关作用下风电出力强波动性与

4、电力系统供电平衡问题关注度较高，深度不足7风力发电出力的时空“波动性”功率负荷单风机出力可含分钟级以下时间尺度波动时间多机风电场出力对小尺度波动有平抑作用风电常规发电供电平衡风电“波动性”要求常规发电具有快速调节能力，以维持电力系统供电平衡多风电场区域出力多含十分钟以上尺度波动风电“波动性”影响电力系统供电平衡，是限电问题的基本原因8我国风电的“高集中度”开发的特点瓜州/玉门：5万平方公里/1000万千瓦西德克萨斯：15万平方公里/1000万千瓦我国：大规模高集中度欧美：小规模分散式我国风电场分布集中

5、度约为欧美的三倍9高集中度开发时区域风电场间出力波动的“强相关性”风暴通过时风速超过风机工作风速，风机相继停机规划中的丹麦外海风电场集中式开发模式相关性强，风暴通过时波动大分散式开发模式风电场出力“强相关性”相关性弱，风暴通过时波动小严重恶化系统供电平衡问题10关键科学问题一：研究状态欧美随着海上风电的兴起，开发模式正向高集中度转移强相关作用下风电出力强波动性问题正成为国际共性挑战11关键科学问题一：主要研究内容系统总负荷及各种电源出力随时间变化的曲线水电光伏抽蓄光热燃气风电火电核电风电出力波动的适应

6、风电波动的适应风电波动的风电出力波动的适应风电波动的适应风电波动的预测和控制常规电源运行调度常规电源结构规划预测和控制常规电源运行调度常规电源结构规划12关键科学问题一：研究思路和创新系统总负荷及各种电源出力随时间变化的曲线水电光伏抽蓄光热燃气风电火电核电项目基于隐马可夫过程的基于随机序贯优化的基于有效爬坡能力的项目基于隐马可夫过程的基于随机序贯优化的基于有效爬坡能力的创新创新出力波动预测出力波动预测不确定性调度不确定性调度动态容量规划动态容量规划目前基于滑动平均的基于混合整数优化的基于有效载荷能力的

7、目前基于滑动平均的基于混合整数优化的基于有效载荷能力的挑战静态出力预测静态出力预测确定性调度确定性调度静态容量规划静态容量规划挑战13关键科学问题一：预期目标建立含波动性风电电力系统供电平衡的理论基础风电出力波动的风电出力波动的适应风电波动的适应风电波动的适应风电波动的适应风电波动的预测和控制预测和控制常规电源运行调度常规电源运行调度常规电源结构规划常规电源结构规划的理论和方法的理论和方法的理论和方法的理论和方法的理论和方法的理论和方法风电出力波动联合电力系统联合电力系统风电出力波动联合电力系统联合电

8、力系统预测工具运行调度工具运行模拟工具预测工具运行调度工具运行模拟工具提供解决我国限电问题的基本工具14关键科学问题二：强耦合作用下风电动态弱抗扰性与电力系统动态稳定问题关注较少，深度严重不足，重大脱网事故的基本原因15风电对电网扰动的“弱抗扰性”风电动态控制以强电网为假设，稳定运行依赖于强电网电网电压波动电网故障时风电脱网风电脱网后电网频率下滑风电出力波动风电难以穿越电网扰动，风电不参与平抑电网扰动，以避免风电脱网以维持电网的稳定“弱抗扰性”影响电力系