规模化接入风电保障电网安全运行

　　11月9日，国电南瑞电网安全稳定控制分公司的“风电规模化接入后电网安全稳定紧急控制技术与应用”项目，通过中国电机工程学会的鉴定。该项目进行了大规模风电并网的紧急控制技术研究，完成了控制系统的研制，为大规模风电并网安全稳定控制提供了理论支撑和技术手段。

　　鉴定专家组一致认为，该项目研究成果满足了风电规模化接入电网安全运行的实际需求，对保障风电规模化地区电网安全稳定运行、提高风电送出和消纳水平有重要作用，具有良好的经济、社会效益和推广应用前景，总体技术达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平。

　　安全稳定控制亟需优化

　　“规模化开发、集中并网”已经成为我国风电开发利用的主要模式之一。根据规划，我国将在甘肃、新疆、内蒙古等地建成9个千万千瓦级风电基地。然而，风电出力具有随机性，可控性不足，大规模风电并网将严重威胁电网安全稳定运行。

　　国电南瑞安全稳定控制分公司开发部负责人介绍说，大规模风电并网的安全稳定控制主要分为预防控制和紧急控制。在预防控制方面，南瑞研发了大型集群风电有功智能控制系统，于2010年在甘肃投运，实现了从人工控制到智能控制的转变。而在紧急控制方面，目前仍采取传统模式。

　　“在传统模式下，电网安全稳定控制装置跳闸判断依据的开发和验证，都基于常规电源接入的电网，控制手段、方法精细化程度不足，控制策略的经济性、协调性不够。”该公司负责人表示。

　　大规模风电并网运行后，由于风电机组出力特性、运行特性与常规电源不同，可能导致系统稳定特性发生变化，易造成欠控或过控，传统电网紧急控制策略难以适用。

　　“控制量不够解决不了问题，过度控制不但经济性差，还容易引发控制的负效应。这些都给电网安全造成了隐患。”该公司新技术预研部负责人表示，风机的有功出力特性、低电压穿越能力等涉网运行特性与水火电源不同，系统发生故障后，若系统频率、电压达到风机涉网保护动作定值，风机就会主动脱网。若不考虑这些因素，风机主动脱网量与稳控装置控制量叠加可能会导致过切，引发新的安全稳定问题。

　　目前，国内用于提高风电送出能力的电网安全稳定控制系统还处于初级阶段，其实现方法都是在电网故障时通过采取紧急控制措施保障电网运行。

　　深度结合风电特性进行研发

　　要控制风电，必先研究风电本身。“风电规模化接入后电网安全稳定紧急控制技术与应用”项目深入开展了风电场等值建模、风电接入对电网安全稳定性及稳定控制的影响研究。针对风电出力波动、风电涉网保护动作等导致的传统控制策略不适应问题，该项目提出紧急控制量动态修正、过载控制等方法。

　　“在进行切机时，系统充分利用新能源的分散组合特点，遵循切机量最小原则，优先选择风电出力不断增加的风机，降低再次发生过载的概率。”该公司开发部主要负责人介绍，目前该种过载控制方法已成功获批国家专利。

　　我国风电主要集中在“三北”地区，本地消纳能力不足，以外送电力为主，当外送通道中断后，容易出现电网频率波动问题。目前，并网运行的风机受设备自身控制性能的限制，一般无法自动参与系统频率调节。此外，为了保护风机装置，风机都装设了电压、频率等涉网保护，当系统电压或频率偏离风机可运行的范围时，风电场的涉网保护动作，使得部分或者全部风机退出运行。若多个风电场的保护定值整定不协调，大量风机同时退出运行，就可能导致系统频率特性恶化。

　　项目组基于实际电网数据，分析了影响频率特性的关键因素，制定了含风电系统孤网后高频控制策略。系统运行既能保障电网安全稳定运行，又保证了风电送出的最大最优化。“经济效益是风场的，安全效益是电网的。”该公司开发部负责人说。

　　让清洁能源更安全

　　目前，大规模风电集中并网安全稳定紧急控制系统已在甘肃、宁夏、辽宁等风电集中地区投入应用，结果表明：运行稳定、可靠，在保障电网安全稳定、提高风电送出和消纳水平方面发挥了重要作用。多地应用结果显示，该系统可使风电场发电量提高5%以上。

　　我国是世界上风电发展速度最快的国家。但由于电网规划与建设滞后于风电发展速度，风电送出受限。大规模风电集中并网安全稳定紧急控制系统可在我国多个规划的风电基地推广，缓解风电送出瓶颈。

　　南瑞集团正在加大投入进行清洁能源接入研究。现阶段，国电南瑞安全稳定控制分公司作为主要研究单位参与国家863项目“风电场、光伏电站集群控制系统研究与开发”的研究工作，该项目依托千万千瓦级风电基地、百万千瓦级光电基地，攻克风电场、光伏电站集群控制系统在监测控制、策略制定、设计集成和运行管理中的关键技术，建设集群控制系统示范工程。