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构网型风力发电机组发展趋势浅谈

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-10-01   来源:风力发电   作者:风电叶片   浏览次数:100
核心提示:随着中国新能源的快速发展,清洁能源装机占比已经超过一半以上,截止到2023年底,风电、光伏总装机容量已经突破了10亿千瓦大关,占总装机容量36%,但与此同时,随着高比例新能源发电系统接入电网中,电力系统惯性降低、频率/电压支撑调节能力变差,系统的波动也容易诱发电力电子设备脱网,加剧了对电力系统的安全稳定性运行的影响,面对此种情况,亟需相关的技术方案解决,稳定电力系统的运行。相比于传统发电机+变压器组合上网发电方式,新能源发电为通过电力电子设备(变流器或逆变器)+变压器上网,由于新能源发电方式的特性,其发电

   

随着中国新能源的快速发展,清洁能源装机占比已经超过一半以上,截止到2023年底,风电、光伏总装机容量已经突破了10亿千瓦大关,占总装机容量36%,但与此同时,随着高比例新能源发电系统接入电网中,电力系统惯性降低、频率/电压支撑调节能力变差,系统的波动也容易诱发电力电子设备脱网,加剧了对电力系统的安全稳定性运行的影响,面对此种情况,亟需相关的技术方案解决,稳定电力系统的运行。
相比于传统发电机+变压器组合上网发电方式,新能源发电为通过电力电子设备(变流器或逆变器)+变压器上网,由于新能源发电方式的特性,其发电的稳定性除了受限于外部环境条件影响,更多的是需要通过电力电子设备的控制,同时电子元件本身抗扰性、短路等涉网特性定对于发电机而言很弱,所以在新能源接入比例不高时,当电力系统面对扰动时,传统发电系统完全可以对电网提供相应支撑。
但是随着新能源比例不断增加,传统发电系统无法满足对电网的支撑,通常通过增加调相机、补偿装备等辅助设备或改善新能源对电网的支撑能力来维持电网的稳定性。
跟网型机组主要是通过锁相环来控制输出的电压幅值和相位,首先机组需要获取电网电压信息,通过锁相环精确计算出电压的幅值和相位,这一步骤保证了机组与电网电压的同步。
这种工作模式要求电网必须提供稳定的电压和频率,以确保变流器能够将电能安全、有效地馈入电网。
否则,如果电网的电压或频率发生波动,可能会导致变流器输出的电能质量下降,甚至引发系统故障。
构网型的基本原理是控制网侧变流器输出电压的幅值/相位,使其作为自同步电压源并网,模拟同步机运行机制。
电压源具备对电网内的有功、电压变化的自主响应机制,具备优异的动态性能。
跟网型变流器的工作模式可以近似等效为控制一个与大电阻并联的电流源,依赖于电网提供稳定的电压和频率,通过调节终端电压来实现与电网同步,并依赖电网提供参考电压和频率。
相比之下,构网型变流器的工作模式可以类比为控制一个与小电阻串联的电压源,它不依赖电网的电压和频率来提供同步,而是直接构造电压和频率参考,通过调整输出功率来维持电力系统的稳定。
我国风电行业开始将目光聚焦于构网型技术是在2017年前后,主要原因在于当时一些风电出口项目在国外遇到了比例风电接入电网的挑战,我国风电行业却缺乏应对措施与技术储备。
此后一至两年间,金风科技等国产风机企业逐渐完成了构网型风机的初步研究工作,在2019 年前后相继形成整个技术构型。
从国家及地方等层面上,从2022年开始,针对新能源构网型陆续发布相关计划和通知,为构网型技术的推进奠定了一定的基础。
时间发布部门政策内容2022年8月工信部等五部联合《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》提出推进风光储一体化装备发展,推动构网型新能源发电设备研究开发2022年10月国家能源局《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》提出推动构网型柔性直流技术标准体系建设,开展构网型等方面核心标准研制2023年10月国家能源局《关于组织开展可再生能源发展试点示范的通知》提出支持构网型风电、构网型光伏、构网型储能等技术研发与工程示范2024年7月国家发展改革委、 国家能源局 、国家数据局联合发布《加快构建新型电力系统行动方案(2024—2027年)的通知》提出推进构网型技术应用。
目前风力发电构网型机组相关标准规范主要由“中国电器工业协会”主导,目前还在标准制定阶段,预计2024年底发布,主要设计到的标准如下:1、《构网型全功率风力发电机组技术规范》;2、《构网型双馈风力发电机组技术规范》;3、《构网型风力发电机组应用导则》;4、《构网型风电变流器技术要求》;5、《构网型风电机组并网技术要求和测试规程》根据国网能源院发布《中国新能源发电分析报告2024》指出:“由于新能源发电具有波动性和不确定性,其并网利用必须依靠火电、抽水蓄能等调节性、支撑性电源以及电网的支持,较高利用水平的要求实际增加了常规电源、电网等主体的投资和运行成本。
同时还表示:研究普遍表明,新能源电量渗透率超过15%后,就会引发系统成本的大幅上涨”。
根据国网能源院相关数据说明,从成本角度,电量渗透率15%对新能源发电是一个砍,而根据相关数据统计,目前,全国多数省区的新能源电量渗透率在6%~13%区间,一些新能源发展较快的省区则更高,例如2023年1~11月,江苏省的新能源电量渗透率达到16%,河北省和内蒙古自治区的新能源电量渗透率已超过20%(数据

 
 
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