电网友好型风电场报告_精品文档.pdf

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DonghuaUniversity电网友好型风电场的技术分析与实践李征东华大学,上海由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载DonghuaUniversity内容1电网友好型风电场概念及技术要求电网友好型风电场概念及技术要求2现有风电场拟同步运行能力分析现有风电场拟同步运行能力分析3电网友好型风电场技术指标及评价方法电网友好型风电场技术指标及评价方法4示范应用简介示范应用简介由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载DonghuaUniversity1、电网友好型风电场概念及要求、电网友好型风电场概念及要求自然属性波动性随机性反调峰风电特性监测复杂难预测准可控性差可调度性差对电网弱支撑由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载DonghuaUniversity电网友好型风电场风电场虚拟同步可控可测可调保持系统安全运行不恶化系统运行支撑系统恢复正常状态预警告紧状态故障恢复状态电力系统状态1、电网友好型风电场概念及要求、电网友好型风电场概念及要求基本概念风场具备电网正常、异常情况下有功、无功良好的可控性能风功率可预测，具有较高精度；并能对风场实时运行状态进行监测风场能够更好的响应调度指令职能由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载电网友好型风电场的基本要求及技术指标体系电网友好型风电场基本要求出力/状态可测暂/稳态可控有功/无功可调电压/频率暂态支撑DonghuaUniversity五类技术指标能力电能质量及适应性出力预测能力有功/无功调节能力指令响应能力暂态支撑由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载电网友好型风电场的指标体系有功/频率无功/风场级机组级风功率预测精度风电场有功出力连续调节能力上调、下调响应调度指令风场出力变化率限制有功响应时间要求有功稳态误差有功动态超调要求风机组有功有功连续调节能力惯量响应指标一次调频指标瞬态出力变化量响应速度持续时间满足制定的频率响应曲线具备降功率运行能力响应速度电压其他风电机组频率支撑能力风场级SVG响应速度，调节能力恒电压控制机组无功调节范围暂态无功电流、响应时间电压耐受时间机组级无功控制电能质量电网适应性DonghuaUniversity暂态支撑高、低电压耐受能力闪边、谐波等电压不平衡、谐波、闪变、频率等由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载对比所用机构、稳态、动态特性辅助控制/电网支撑特性DonghuaUniversity风电主要特性区别基本不具备暂态支撑和辅助控制多模态响应速度快，过载能力差电能质量及适应性较弱原动力波动，可测性差，调节速度快，可调性差传动系发电机及电气调节电能质量/电网适应性2、现有风电场拟同步运行能力分析、现有风电场拟同步运行能力分析常规电源与风电的特性对比常规电源与风电的特性对比原动力及其调节由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载Magnitude（dB）m/puPhase（deg）AmplitudeHzpD8bgEqHSDonghuaUniversity频率（）50.249.849.549.210s30s60st（s）一次调频二次调频到30min正常工况系统频率响应过程-310-210-110010-90-450Frequency（Hz）-40-20-30-10Frequency（Hz）:

0.0159Magnitude（dB）:

-3.01System:

untitled1Frequency（Hz）:

0.221Magnitude（dB）:

-22.9常规电源主要特性常规电源主要特性惯量滤波特性BodeDiagram0System:

untitled1PmfPNfNf0功-频静态下垂特性Pe0PePemaxeP功角特性2D4Hg14Hg00.020.040.060.080.10.120.140.200.40.60.81.211.4StepResponseTime（sec）Kf增大励磁系统阶跃响应02468101214161820-1.5-10-0.50.51.512t/pu定子空载短路特性2.50.01Hz以上被衰减100ms进入稳态由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载5次谐波电流7次谐波电流0.03440.0482Magnitude（dB）Phase（deg）转子暂态电流峰值（pu）Is,Is（pu）75v1DEv2v3abcPPPePPoptCBA123P最大功率跟踪-210-110010210310410510-90-180-270-310Diagram110Frequency（rad/sec）-150-200-2500-50-1000System:

GvpFrequency（rad/sec）:

2.16Magnitude（dB）:

-20.7Magnitude（dB）:

-16.9System:

Gvp2Frequency（rad/sec）:

23.3Magnitude（dB）:

-40.4风电机组的主要特性风电机组的主要特性不同转差频率下滤波特性System:

GvpBodeFrequency（rad/sec）:

100.00.10.20.30.40.50.60.70.81.02.01.53.02.53.5电压跌落深度（pu）DonghuaUniversity电磁暂态模型代数近似法跌落深度大于11%转子撬棒投入跌落深度大于19%转子撬棒投入双馈机组电压跌落与转子电流峰值5.5机组满发，转差率s=-0.2065.04.54.000.010.020.030.040.050.060.070.0800.030.020.010.060.050.040.07Us5,Us7（pu）6次谐波电磁转矩12次谐波电磁转矩谐波电压电磁转矩谐波电压、电流关系0.10.090.08双馈机组暂态冲击电流较大，稳态短路电流小谐波可造成电磁转矩脉动由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载有功调节需配备AGC；调节容量：

50%额定有功功率；调节速率：

1%Pn/min；响应时间：

不大于60s无功调节需配备AVC；功率因数可以在0.950.97连续调节；可以进相运行。

频率调节调频死区：

+-0.033Hz;一次响应：

15s内完全响应目标；二次响应：

45s内目标偏差在额定功率的+-3%以内。

PSS稳定控制需要具备。

非正常工况运行失步运行：

能够承受520个振荡周期；失磁运行：

可在60s内减负荷至60%，90s内至40%，在额定定子电压下带额定有功功率的40%，定子电流不超过11.1倍，总失磁时间不超过15min。

提供系统惯量保护动作三相故障清除时间：

330kV以上不大于90ms；110kV220kV设备不大于120ms电网适应性1、电网不平衡（GB14549）、谐波（GB15543）、电压波动（GB12326）满足相应标准下，能持续运行；2、50.5Hz48.5Hz可以保持有功输出恒定，系统频率下降至48Hz有功出力减少量不超过5%额定；电力通讯要求发电厂AGC与调度EMS建立可靠通讯，AGC指令周期不大于30s。

DonghuaUniversity2、现有风电场拟同步运行能力分析、现有风电场拟同步运行能力分析同步机指标同步机指标同步机特性指标要求（100MW容量基准）由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载DonghuaUniversity2、现有风电场拟同步运行能力分析、现有风电场拟同步运行能力分析目前大型风电场/风电机组“拟常规电源”控制相关的技术主要有：

风电参与系统频率调整风电机组的惯量响应模拟风电机组虚拟励磁控制风电机组PSS阻尼控制等整体思路保留现有风电机组底层并网机制，即基于PLL快速定向的矢量解耦控制技术，在原有的有功、无功控制环增加具有以上功能的辅助控制回路，实现“常规电源”的外特性模拟。

由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载基于矢量控制的风电机组附加控制回路*Topt转矩调最优转矩电流调节环电压/无功调节环节环电流调节环ffs曲线惯量模拟&下垂控制TanTminQ*/V*f2Hddt1Tss1RTdroop&PSS阻尼附加控制回路幅角变换TinersTleads1Tlags1KTpssfIwtPLL惯量模拟PSS阻尼下垂控制配有辅助调节装置的风电场（如SVG、储能等）的整体调节能力、调节特性可以与常规电厂相比较。

DonghuaUniversity由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载DonghuaUniversity2、现有风电场拟同步运行能力分析、现有风电场拟同步运行能力分析风电场的功率预测及控制风电场功率控制模式限功率控制模式平衡控制模式增益控制模式差值控制模式组合运行模式有功率预测风电场AGCAGC是一种典型的滞后控制。

电力系统系统以1min为一个时段，以10min或15min作为CPS考核周期和AGC优化周期。

为与电力系统的控制周期相匹配，风电的控制周期应该更精细。

可以提高场内超超短期预测的数据间隔。

风场AGC需要实现风功率变化率限制和响应电网调度两个主要功能。

风场配备带功率预测AGC提高功率预测精度由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载功率（pu）功率（pu）功率（pu）1002004005000.20.40.61.00.8300时间（s）PdmdPmPopt功率指令风轮功率机组出力风电场有功响应4204304404504704804905000.20.10.30.40.60.51.11.00.90.80.725秒460时间（s）PdmdPmPopt功率指令风轮功率有功出力5%误差带15秒出力从0.2上升到1有功响应局部放大2025304045500.800.850.901.000.959秒35时间（s）功率指令风轮功率机组出力5%误差带3秒超调约1.25%PdmdPmPopt出力从1下降到0.8有功响应局部放大2、现有风电场拟同步运行能力分析、现有风电场拟同步运行能力分析机组功率响应验证工况：

1、风电机组工作在额定出力（1pu），每间隔100s向机组发送功率调节指令，指令变化0.2pu；2、风电机组工作在额定出力（0.2pu），指令变化0.8pu结论：

功率指令按照P0.2pu控制时，风轮机械功率进入5%误差带需要约为3秒，超调约1.25%，无静差；机组出力进入5%误差带需要约9秒，基本无超调，无静差；功率指令按照P+0.8pu控制时，风轮功率进入5%误差带需要约15秒，基本无超调，无静差；机组出力进入5%误差带需要约25秒，基本无超调，无静差。

如下指标可行性。

DonghuaUniversity由作者授权中国电源学会发布，未经作者同意禁止转载设定值Pn（%）有功功率设定值（额定功率百分比，%）DonghuaUniversity（8%风电场额定容量）2、现有风电场拟同步运行能力分析、现有风电场拟同步运行能力分析功率响应验证风电机组有功控制技术指标1、机组有功功率设定值控制允许的最大偏差不超过机组额定功率的3%。

2、P=0.2Pn时，响应时间不超过10s；P=0.8Pn（90%）时，响应时间不超过30s。

3、机组有功响应超调量不超过机组额定功率的6%风场有功控制技术指标10080604020003%Pn10时间（min）3%Pn10s超调量（6%Pn）1超调量（6%Pn）30s3%Pn89风电机组有功控制范围3%Pn10s3%Pn10s3%Pn超调量（6%Pn）10s超调量（6%Pn）超调量（6%Pn）2345671、风场有功功率设定值控制允许的最大偏差不超过装机容量的5%。

2、风电场有功功率控制系统响应时间不超过60s。

超调量不超过风电场装机容量的8%。

3、风电场有功调节速率受限于并网允许最大变化量。

01008060402005%风电场额定容量285%风电场额定容量60s（8%风电场额定容量）4（8%风电场额定容量）60s5%风电场额定容量20（8%风电场额定容量）60s5%风电场额定容量24风电场有功控制范围5%风电场额定容量（8%风电场额定容量）60s5%风电场额定容量60s60s（8%