儲(chǔ)能提高風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)技術(shù)性能研究匯報(bào)提綱1

問(wèn)題提出

2

大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)

3

風(fēng)電出力特性

4關(guān)鍵技術(shù)研究

5

示范工程建設(shè)2接入：

酒泉1500萬(wàn)千瓦風(fēng)

光電通過(guò)13座

330kV升壓站和

5座330kV變電

所匯集到750kV變電所。是全世

界集中并網(wǎng)規(guī)模

最大、接入電壓

等級(jí)最高的風(fēng)電

基地。送出：

近期通過(guò)四

回750kV輸變電工

程輸送到甘肅電網(wǎng)

,送出距離達(dá)到1000公里；遠(yuǎn)期

通過(guò)正負(fù)800千伏

特高壓直流送到2500公里的湖南

,是全世界送出電

壓等級(jí)最高、送出

距離最遠(yuǎn)的風(fēng)電基

地。

酒泉新能源集中接入、送出情況

一、問(wèn)題提出由于風(fēng)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性，大規(guī)模風(fēng)電集中

接入使得并網(wǎng)地區(qū)運(yùn)行控制和系統(tǒng)穩(wěn)定受到嚴(yán)

重影響。一、問(wèn)題提出甘肅

酒泉風(fēng)電基地接入及送出情況2

山西湖

北一、問(wèn)題提出陜西江西寧夏酒泉湘潭南河匯報(bào)提綱1

問(wèn)題提出

2

大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)

3

風(fēng)電出力特性

4關(guān)鍵技術(shù)研究

5

示范工程建設(shè)6大規(guī)模新能源基大

源的特點(diǎn)n與歐美國(guó)家的發(fā)展模式不同陸上風(fēng)能資源

80%三北地區(qū)太陽(yáng)能資源80%西部地區(qū)資源稟賦特征和用電負(fù)荷逆向分布決定了可再生能源發(fā)電規(guī)模化利用是我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)的主流模式用電市場(chǎng)80%在東南地區(qū)l甘肅、寧夏、青海和新疆超過(guò)總

裝機(jī)30%l甘肅41.4%，與丹麥、德國(guó)處全

球領(lǐng)先水平l資源逆向分布l規(guī)?；虚_(kāi)發(fā)l遠(yuǎn)距離送出n高比例遠(yuǎn)距離外送的特點(diǎn)突出7l風(fēng)電國(guó)內(nèi)第三、世界第七l光伏國(guó)內(nèi)第五、世界第九l國(guó)內(nèi)外規(guī)?；玫湫痛硇陆拭C光電基地西藏四川云南l新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶咽喉l國(guó)家能源輸送走廊l可再生能源基地群樞紐大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)?甘肅可再生能源基地的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)風(fēng)光電基地寧夏陜西貴州n

規(guī)模優(yōu)勢(shì)n

地緣優(yōu)勢(shì)風(fēng)光電基地北京山東江蘇河北

山西河南安徽江西福建吉林遼寧湖北湖南風(fēng)光電廣西

廣東風(fēng)光電基地黑龍江海南浙江上海建設(shè)條件好氣候條件好優(yōu)勢(shì)地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)建設(shè)要求；交通

發(fā)達(dá)，擁有蘭新鐵路、蘭新客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)、國(guó)

道及高速公路，大型設(shè)備可直接通過(guò)戈壁

灘運(yùn)到機(jī)位主導(dǎo)風(fēng)向穩(wěn)定，風(fēng)能資源年

際變化較小；無(wú)破壞性風(fēng)速

,超過(guò)風(fēng)機(jī)最大運(yùn)行風(fēng)速情

況非常少；相對(duì)濕度低，不

含鹽霧，基本不存在腐蝕性

威脅。甘肅與新疆聯(lián)網(wǎng)750kV線(xiàn)路從風(fēng)電基地穿過(guò)，750kV酒泉變、敦煌變位于風(fēng)光電基地附近，有利于風(fēng)電場(chǎng)的接入及送出。未利用土地10萬(wàn)平方公里以上；

風(fēng)電、光電規(guī)劃區(qū)域地勢(shì)平坦開(kāi)

闊的，土地成本低，無(wú)移民等問(wèn)

題。大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)酒泉風(fēng)電基地的優(yōu)勢(shì)風(fēng)電場(chǎng)廠(chǎng)址面積大9盡管甘肅可再生能源基地事故頻發(fā)、棄風(fēng)棄光嚴(yán)重2017年風(fēng)光電發(fā)電量最大月發(fā)電量總裝機(jī)容量最大出力最大日發(fā)電量259.45億千瓦時(shí)27.4億千瓦時(shí)2056萬(wàn)千瓦891萬(wàn)千瓦12077萬(wàn)千瓦時(shí)全省發(fā)電量的23%(32.9%)總用電量29.9%占全省裝機(jī)容量41.4%占當(dāng)時(shí)用電負(fù)荷65%日用電量45%盡管存在脫網(wǎng)、限電等問(wèn)題，但酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。風(fēng)光電裝機(jī)容量比例等指

標(biāo)可列2017年世界前三位。大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)風(fēng)電、光電均可以列2017年全世界國(guó)家排名

的第9位新能源基地運(yùn)行情況10n

甘肅風(fēng)光電超常規(guī)發(fā)展的并網(wǎng)、消納難題n

近10年甘肅省風(fēng)電增長(zhǎng)了239倍，近6年光伏增長(zhǎng)334倍，電網(wǎng)建設(shè)難以適應(yīng)這種超常規(guī)發(fā)展速

度，風(fēng)光電并網(wǎng)成為巨大的技術(shù)難題。n

甘肅省風(fēng)光電總裝機(jī)容量2067.8萬(wàn)千瓦，

甘肅風(fēng)光電裝機(jī)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了全省最大用電負(fù)荷(1

468萬(wàn)千瓦)(141%)，市場(chǎng)消納能力不足的矛盾突出甘肅省風(fēng)電裝機(jī)容量容量統(tǒng)計(jì)(MW)140001200010000800060004000200002001

2003

2005

2007

2009

2011

2013

2015

總裝機(jī)容量(MW)

新增裝機(jī)容量(MW)10年增加了239倍甘肅省光電裝機(jī)容量(MW)800060004000200002010

2011

2012

2013

2014

2015

2016口

裝機(jī)容量（MW).新增裝機(jī)容量（MW)6年增加了334倍大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)n

集中并網(wǎng)規(guī)模最大、送出距離最遠(yuǎn)n

甘肅省風(fēng)光電90%以上在河西走廊，其中大部分集中在酒泉地區(qū)，需要通過(guò)750

千伏電網(wǎng)

輸送到1000公里以外的蘭州，是全世界集中并網(wǎng)規(guī)模最大、送出距離最遠(yuǎn)的風(fēng)光電基地。n

甘肅省風(fēng)光電總裝機(jī)容量中國(guó)省級(jí)電網(wǎng)第三、世界第九

；風(fēng)光電占全省總裝機(jī)容量的41

.

4%，裝機(jī)比例比例中國(guó)第一、世界前三。大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)n

甘肅省裝機(jī)容量中國(guó)第一、世界第六n

風(fēng)光電隨機(jī)性、波動(dòng)性和不確定性導(dǎo)致我國(guó)棄風(fēng)、棄光問(wèn)題突出

，2016年我國(guó)可再生能

源棄風(fēng)達(dá)到了497億千瓦時(shí)，相當(dāng)于劉家峽水電站10年的發(fā)電量。n

僅2011年酒泉風(fēng)電基地發(fā)生脫網(wǎng)事故100多次、累計(jì)脫網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組超過(guò)4000臺(tái)，高比例

新能源綜合示范區(qū)建設(shè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)抗干擾和可控性不足導(dǎo)致了脫網(wǎng)事故頻發(fā)。某風(fēng)電場(chǎng)一周發(fā)電曲線(xiàn)大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)n

風(fēng)光電基地存在的問(wèn)題第二次脫網(wǎng)第一次脫網(wǎng)-day-1

-day-2-day-3

-day-4-day-5

-day-6-day-7匯報(bào)提綱1

問(wèn)題提出

2

大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)

3

風(fēng)電出力特性

4關(guān)鍵技術(shù)研究

5

示范工程建設(shè)14三、新能源出力特性200.00180.00160.00140.00120.00100.0080.0060.0040.0020.000.00三、新能源出力特性0:00:000:50:001:40:002:30:003:20:004:10:005:00:005:50:006:40:007:30:008:20:009:10:0010:00:0010:50:0011:40:0012:30:0013:20:0014:10:0015:00:0015:50:0016:40:0017:30:0018:20:0019:10:0020:00:0020:50:0021:40:0022:30:0023:20:00甘肅某光伏電站日出力曲線(xiàn)甘肅某風(fēng)電場(chǎng)日出力曲線(xiàn)30.0025.0020.0015.0010.005.000.00時(shí)間0:351:151:552:353:153:554:355:155:556:357:157:558:359:159:5510:3511:1511:5512:3513:1513:5514:3515:1515:5516:3517:1517:5518:3519:1519:5520:3521:1521:5522:3523:15

總出力

橋?yàn)?/p>

干河口昌馬

北大橋0:100:30

0:50

1:10

1:30

1:50

2:10

2:30

2:50

3:10

3:3050403020100-10-20-30-40-50三、新能源出力特性出力變化率(%/10min)時(shí)間2.24事故750千伏敦煌變#2主變電流、電壓和有功曲線(xiàn)三、新能源出力特性電壓短時(shí)在67%-115%額

定電壓范圍內(nèi)大幅度波動(dòng)西北主網(wǎng)頻率最低至49.854Hz電能質(zhì)量短時(shí)間不合格影響用戶(hù)的用電質(zhì)量電壓波動(dòng)使河西電網(wǎng)的電壓、

頻率控制難度大幅度增加直接威脅到電力系

統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行2011年酒泉風(fēng)電基地累計(jì)發(fā)生各類(lèi)事故100多次風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部事故導(dǎo)致風(fēng)電

機(jī)組大規(guī)模脫網(wǎng)脫網(wǎng)超過(guò)100臺(tái)、影響范圍較大故障7次三次嚴(yán)重事故分別甩風(fēng)電出力84、100.6和153.5萬(wàn)kW

酒泉風(fēng)電基地事故情況

三、新能源出力特性情況影響事故甘肅丹麥寧夏德國(guó)青海新疆葡萄牙西班牙愛(ài)爾蘭美國(guó)加州

新能源裝機(jī)占比(%)新能源發(fā)電量占比(%)三、新能源出力特性50.045.040.035.030.025.020.015.010.05.00.011:1512:0012:4513:3014:1515:0015:4516:3017:1518:0018:4519:3020:1521:0021:4522:3023:15

風(fēng)電光伏全網(wǎng)出力180001600014000120001000080006000400020000三、新能源出力特性10:304:300:000:458:159:009:457:306:006:453:003:452:155:151:302017年7月17日甘肅風(fēng)電出力占比(%)風(fēng)機(jī)出力占比風(fēng)場(chǎng)出力占比風(fēng)場(chǎng)群出力占比

瓜州出力占比酒泉出力占比全網(wǎng)出力占比11:1512:0012:4513:3014:1515:0015:4516:3017:1518:0018:4519:3020:1521:0021:4522:3023:15三、新能源出力特性1.201.000.800.600.400.200.0010:304:300:450:008:159:009:457:306:006:453:003:452:155:151:30匯報(bào)提綱1

問(wèn)題提出

2

大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)

3

風(fēng)電出力特性

4關(guān)鍵技術(shù)研究

5

示范工程建設(shè)24四、關(guān)鍵技術(shù)研究功率型儲(chǔ)能裝置提高風(fēng)電場(chǎng)可調(diào)性能技術(shù)四、關(guān)鍵技術(shù)研究在示范風(fēng)電場(chǎng)升壓站安裝了1MW/1MWh箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平抑風(fēng)電功率分鐘級(jí)波動(dòng)、跟蹤計(jì)劃出力、削峰填谷的功能，并實(shí)現(xiàn)了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功、無(wú)功解耦控制；分別在3臺(tái)雙饋風(fēng)電機(jī)組的變頻器直流母線(xiàn)安裝了300kW超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)（每套系統(tǒng)由2臺(tái)150kW超級(jí)電容

儲(chǔ)能裝置組成），用于抑制機(jī)組直流母線(xiàn)電壓波動(dòng)，提高了機(jī)組的暫態(tài)支撐能力。華銳公司生產(chǎn)的16臺(tái)單機(jī)容量3.0MW的華銳SL-3000風(fēng)力發(fā)電機(jī)，采用2回35kV架空線(xiàn)路送至干河口北330kV升壓站，位于甘肅省西北部的酒泉地區(qū)瓜州縣城西北約57km處，東經(jīng)95013’50”~95015’36.2”、北緯40045’00”~40042’59”

之間，位于酒泉風(fēng)電基地的西段。四、關(guān)鍵技術(shù)研究l安裝于戶(hù)外l用于平抑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)l1MW/1MWh方艙式鋰離子儲(chǔ)能l經(jīng)箱變接入35kV四、關(guān)鍵技術(shù)研究電池儲(chǔ)蘭站E1

E2

E3

E4330kv3井主變28母線(xiàn)箱式型4kvkV

E

電路i一

·____

PCS

Ivbvc

·

△

PCS

II△

△vavbvc△△

△BESS1MW系統(tǒng)內(nèi)部接線(xiàn)示意圖電池

1電池

2△△四、關(guān)鍵技術(shù)研究電池

3

va

·

i

預(yù)充目包

△

、·△

·

△電池6電池

4電池

S35kv294kv

四、關(guān)鍵技術(shù)研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)工作策略30l2*150kW雙向DC-DC變流器

l>3000kJ能量存儲(chǔ)能力l安裝在風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部可接受與風(fēng)

機(jī)主控系統(tǒng)控制l可自動(dòng)對(duì)直流母線(xiàn)電壓做出響應(yīng)，維

持母線(xiàn)電壓穩(wěn)定l超級(jí)電容模塊及單體狀態(tài)上傳至上級(jí)

監(jiān)控系統(tǒng)四、關(guān)鍵技術(shù)研究311.60

1.40

1.20

1.00

0.80

0.60

0.40

0.200.00

-0.20Esc1 Esc2

Edc1

Edc2

mode模代2超級(jí)電容控制策略

直流母線(xiàn)、超級(jí)電容電壓變化曲線(xiàn)設(shè)定直1超級(jí)電容設(shè)定直2BUCK控制回

四、關(guān)鍵技術(shù)研究BOOS

控制回

日

·直流母線(xiàn)

檢測(cè)

b

控制信號(hào)超級(jí)電容

電壓

增益調(diào)節(jié)直流母線(xiàn)設(shè)定直132lODFIGSYSTEM:fre50.00049.97549.95049.92549.90049.87549.85049.82549.800fre

x

0.0

1.0

2.03.04.05.0U_DCconverter:deltEscx0.01.0

2.03.04.05.0PWMCONVERTER,U

DCconverter

:Graphs1.401.201.000.800.600.400.200.00-0.20

Esc1Esc2Edc1Edc2mode

x

0.000.501.00

1.50

2.002.503.003.50DFIGSYSTEM:PQ1.801.601.401.201.000.800.600.400.200.00-0.201.0

2.0

3.0

4.0

5.00.0500.000-0.050-0.100-0.150-0.200-0.250-0.300-0.350-0.400

deltinertial

deltEsc deltdroop

P

Q

Ps

Qs

Pdmd四、關(guān)鍵技術(shù)研究超級(jí)電容、直流母線(xiàn)電壓超級(jí)電容電壓增益指令系統(tǒng)頻率變化有功功率變化33y四、關(guān)鍵技術(shù)研究放電充電34四、關(guān)鍵技術(shù)研究?jī)?chǔ)能充電轉(zhuǎn)方電電流波形變化過(guò)程3536

ΔfEscfd2H

dtΔEτsτs

+

1隔直環(huán)節(jié)*scE*EscscEsc1.28

10.6130.996四、關(guān)鍵技術(shù)研究1

1.00437ffPwte*Pfτsτs+

1Esc高通濾波*

IsckscEsc四、關(guān)鍵技術(shù)研究超級(jí)電容濾波控制能量管理框圖BOO:st超級(jí)電容增益調(diào)整*

Psck

scPscI

sc384.243.83.63.43.232.82.60.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75電網(wǎng)

電壓(pu)四、關(guān)鍵技術(shù)研究超級(jí)電容與電網(wǎng)電壓關(guān)系曲線(xiàn)超級(jí)電容容值(

F)39u考慮儲(chǔ)能[0.1，0.9]的工作范圍，在給定樣本下，400kW/40kWh的配置即可滿(mǎn)足儲(chǔ)能平抑分鐘級(jí)功率

波動(dòng)的目標(biāo)。u與0.33mHz截止頻率相符。10.90.80.70.60.50.40.30.20.100.03030

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

SOC儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC變化范圍累積概率密度（以

基于時(shí)域統(tǒng)計(jì)的儲(chǔ)能容量配置方法

分析了風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能的選型和容量配置四、關(guān)鍵技術(shù)研究0

100

200

300

400

500

600

700

800

9001000功率（

kW）儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率累積概率密度Pr

≥

max(p2

,...1MWh為基準(zhǔn)）10.90.80.70.60.50.40.30.20.10p

N

)p1

,累積概率密度385kW累積概率密度匯報(bào)提綱1

問(wèn)題提出

2

大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)

3

風(fēng)電出力特性

4關(guān)鍵技術(shù)研究

5

示范工程建設(shè)41電網(wǎng)友好型風(fēng)電場(chǎng)綜合示范42風(fēng)電場(chǎng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)一體化綜合監(jiān)控系統(tǒng)可控制基于復(fù)合數(shù)據(jù)源的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)可預(yù)測(cè)儲(chǔ)能電池建設(shè)與示范可調(diào)度超級(jí)電容建設(shè)

與示范暫態(tài)支撐示范工程建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率控制系統(tǒng)改造風(fēng)電機(jī)組有功控制功能改造風(fēng)電機(jī)組故障

穿越能力改造風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)

監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)改造示范工程建設(shè)平臺(tái)功能展示界面

升壓站監(jiān)控

風(fēng)機(jī)監(jiān)控43超級(jí)電容機(jī)柜

DC/DC變流器

變流器監(jiān)控界面風(fēng)電機(jī)組

發(fā)電機(jī)

機(jī)艙控制柜示范工程建設(shè)4444開(kāi)展了超級(jí)電容儲(chǔ)能提高風(fēng)電機(jī)組低電壓耐受能力測(cè)試，分別在示范風(fēng)電場(chǎng)28號(hào)機(jī)組出力2MW、2.2MW和2.7MW開(kāi)展了72%左右低電壓超過(guò)5秒鐘的低電壓耐受測(cè)試，加裝超級(jí)電容的

發(fā)電機(jī)組電壓跌落到72%左右仍然能夠正常發(fā)有功，具備較好的低電壓耐受和暫態(tài)支撐能力。超級(jí)電容提高風(fēng)電機(jī)組低電壓耐受和暫態(tài)支撐能力測(cè)試3200.0003000.0002800.0002600.0002400.0002200.0002000.0001800.000示范工程建設(shè)11211261140115411681182119612101224123812521266128012941308132213361350136413781392140614201434144814621476149015041

5181機(jī)組電壓跌落28.1%有功出力變化過(guò)程1412814215617018419811機(jī)組有功功率、無(wú)功功率變化機(jī)組出口電壓、無(wú)功電流變化正常運(yùn)行時(shí)線(xiàn)電壓38kV，跌落發(fā)生時(shí)電壓27.45kV，跌落幅度為72