5000
15
2.1 电压稳定性影响（案例1）
西北750kV系统即使采用了固定串补和可控高抗 ，高风电出力时，电网电压稳定裕度仍很低。
DIgSILENT
1.04
1.1
甘肃风电总出力大于
0.98
400 万 ， 若 进 一 步 增 大
时，电压失稳。大规模
1.0 0.93
风电接入运行时，系统 调压面临极大压力。
迟永宁 中国电力科学研究院新能源研究所
2011.01.08
1
主要内容
第一部分 标准修编背景 第二部分 风电接入对电网电压的影响及电压控制 第三部分 风电场低电压穿越要求与实现 第四部分 风电场低电压穿越测试与验证 第五部分 标准内容
2
第一部分 标准修编背景
3
1.1 中国风电发展
2009, 风电总装机容量25805.3MW ，全球第二。
数据来源：CWEA
4
1.1 中国风电发展
2020年，风电装机达到1.6亿千瓦。
东北电网
西北电网 西藏
华北电网
华中电网
华东电网
千万千瓦风电基地
南方电网
台湾
5
1.2 风电国家标准的产生
z 2005年12月12日，我国首 个风电场并网的指导性技术 文件《风电场接入电力系统 技 术 规 定 》GB/Z199632005 颁布实行。
26
时间 05:07
定速机组
0MW
236kV 244kV
故障后
0MW
251kV
38Mvar 电容器组
27
时间 05:13
系统调整后
0MW
235kV
0MW
237kV
38Mvar 电容器组
控制电压
28
3.3 吉林电网风电机组切机情况介绍
电网故障大面积风电切机的后果
潮流反转； 电网电压由于潮流变化导致偏高或偏低； 电网频率有较大变化，严重时会引起频率稳定问题甚至大停电。
风电场满发150MW，不采用任何无功补偿及改善措施
200 100
0 -100
1.3 1.2 1.1 1.0
150 75 0 -75
-150
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 0.98
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t/s
¾ 风电场并网点/机端电压无法重新 建立。
¾ 风电场有功功率无法按正常水平输 出，导致各机组加速振荡失稳。
¾ 整个风电场无法维持稳定运行，需 要切除。
U
β
P M
38
3.8 动态无功补偿在实现LVRT中的应用
风电场满发150MW ，仅采用STATCOM（100MVA）。
P /MW E
ωr
Q/MVar
U
200 150 100
50
1.10
1.05
什么是低电压穿越（LVRT）？ - 当电力系统事故或扰动引起并网点电压跌落时，
在一定的电压跌落范围和时间间隔内，风电机组/ 风电场能够保证不脱网连续运行。 - 也有故障穿越（FRT）的提法。
22
3.2 我们为什么需要低电压穿越
50.0Hz
50.2
49.8
发电
常规电源
用电
电网
用电负荷
风电
保持系统功率平衡、频率稳定。
1.08
。 风 电 可 在 400 万 范 围 内 运
1.07
行，750系统电压可保证。
1.06
1.05
1.04
0
1000
x-Axis: 风电场总出力: MW
2000
安西750kV母线: 电压（pu）
酒泉750kV母线: 电压（pu）
金昌750kV母线: 电压（pu）
3000
4000Βιβλιοθήκη 但是，………...33
3.7 直驱风机低电压穿越实现的解决方案
风
风力机
多极永磁发电机
S NS
N
N
LS S N S
AC/DC
DC/AC
Enercon 公司 电网 额定容量：4.5MW
变桨距控制 变速风机(直驱电机)
34
3.7 永磁直驱风机低电压穿越实现的解决方案
释放不平衡功率 ¾ 故障过程中，风电功率无法注入电网导致DC-Link的电容电压 升高，采用制动电阻（chopper resistance），消耗中间直流 电容环节上的充电功率。
z 考虑到当时的风电规模、机 组制造水平，适当降低了对 风电的要求，仅提出一些原 则性的规定。
6
1.3 风电并网的技术问题
约束风电并网的技术问题 ¾ 局部电网网架结构薄弱 ¾ 网内其他电源运行灵活性不足 ¾ 风力发电机组/风电场运行技术水平较低 （风电并网标准解决的问题）
7
1.4 国际上风电并网标准的发展经验
故障前
55MW
230kV 232kV
223MW
234kV
38Mvar 电容器组
25
3.3 吉林电网风电机组切机情况介绍
80ms后故障线路三相切除； 80-110ms后，洮南大通风电场内所有机组跳闸；120-150ms 后，富裕风电场所有风机跳闸；同发龙源、华能场内所有风电 机组跳闸； 05:07:55 故障线路重合成功；
36
3.8 动态无功补偿在实现LVRT中的应用
3
4
2
接入风电
地区电网
1 (并网点) (220kV)
风电场
北部电网 (220kV) 电厂A
6
(220kV)
5 主网
7
9
10 8
11
(220kV) 12
外部电网 (500kV)
37
P /MW E
ωr
Q/MVar
3.8 动态无功补偿在实现LVRT中的应用
故障后变频器控制的快速恢复
消耗由机组侧注入到DC环 节的风电功率（能量）
VUAdCc
Vac
制动电阻 35
3.8 动态无功补偿在实现LVRT中的应用
STATCOM（SVG）
QSVG=UISVG
为有源设备，依靠改变注入电网的 电流控制无功输出。
Ed
IGBT逆变器
变压器
电网母线
在交流电压较低的情况下STATCOM可以提供更多的无功功率，因为 STATCOM在电压下降到很低的情况下仍能提供额定值大小的电流，响 应时间要比SVC小，有更快的响应速度。
31
3.6 双馈风机低电压穿越实现的解决方案
风
风力机
齿轮箱 双馈感应发电机
LS HS
电网
双馈机
AC/DC DC/AC
转子侧 变频器
转子短路器 (Crow-bar)
Repower公司 额定容量：5MW 变桨距控制 变速风机(双馈电机)
典型Crow-bar控制电路
32
3.6 双馈风机低电压穿越实现的解决方案
24小时风速变化曲线
18
2.2 电压调节（案例2）
电 压 （pu）
时间
风电功率变化引起的电压波动 （未采用SVC装置）
19
2.2 电压调节（案例2）
电 压 （pu）
时间
风电功率变化引起的电压波动 （采用60Mvar的SVC装置）
20
第三部分 风电场低电压穿越要求与实现
21
3.1 低电压穿越的概念
1.00
0.95 150
75 0
-75 -150
1.0 0.8 0.6 0.4
1.5
1.0
0.5 100
50
0
-50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t/s
¾ STATCOM相比于SVC有更快的响 应速度，在暂态过程中能够提 供相比与SVC更多的无功贡献。
¾ 故障后风电机组机端电压恢复 重建速度明显快于SVC方案下的 电压恢复速度。
-低电压穿越必不可少！ 其提出主要是基于有功平衡的考虑。
29
3.4 风电接入引起的稳定问题
风电的低电压穿越能力，使风电具有了在系统故障后的连续不间 断运行能力，从而确保了系统的供电平衡及频率稳定（频率恢复 水平更高，恢复速度更快）。
但是，低电压穿越实现过程中，需关注电压问题。若风电设备没 有动态无功电压支撑能力，实际运行中的风电场（即使机组通过 低电压穿越测试）也有可能无法实现低电压穿越。
8
1.5 并网标准的修编背景
¾ 根据风电并网发展形势、实际出现的问题及技术需求提出对风电场 接入电力系统的技术要求。
¾ 国家标准从指导性技术文件，升级为国家推荐性标准。 ¾ 国家标准化管理委员会下达的2009第二批标准修订计划。（计划编
号 20091428－T－613） ¾ 全国电力监管标准化技术委员会归口管理。 ¾ 中国电力科学研究院、龙源电力集团股份有限公司、南方电网技术
无穷大系统
Z=R+jX
U1∠δ °
Qgc
QC/2
QC/2
U 2∠0°
11
2 风电场接入对电网电压的影响及电压控制
改善方案
¾ 可调节的无功补偿设备(投切的并联电容器组，SVC，STATCOM)
- 成本高
¾ 具有电压控制能力的风电机组
- 双馈感应电机 - 全功率变频器的同步机组
¾ 自动变压器分节头调节
2000 2000
考虑固定串补方案。
西北750系统采用固定高抗
3000

甘肃风电总出力超200万， 750kV系统电压越下限，超 260万时，出现电压崩溃。