风力发电场及其接入型互联电力系统的研究.doc

/xpls/abs_all.jsp?arnumber=5282248 风力发电场及其接入小型互联电力系统的研究 （J. Kilter, M. Landsberg, I. Palu and O. T?ernobrovkin ） 摘要：随着风电并网越来越多，对电力系统的运行造成了新的挑战，尤其是对小型互联电力系统。由于爱沙尼亚电力系统结构和负载的特性，它是这种模式下一个很好的例子。因此，足够的裕度对风电并网是十分必要的。本文对爱沙尼亚风电的现状和可能出现的情况以及其对电力系统的运行和发展进行了讨论和分析，考虑到系统安全和运行方面，讨论和比较了备用的综合说明（例如有功、无功和电压调节，故障穿越和电能质量标准）和风电并网的法规，列出了爱沙尼亚风电并网的案例，足够的裕度将能保证爱沙尼亚电力系统能稳定运行在不同的事故状态下。 关键词：故障穿越（FRT），电网规定，电力系统控制，电力系统监控，电力系统保护，供电安全，电力系统稳定，测试，风能，风力发电 1引言 增加可再生能源在电力生产中的比例是一个重要的全球问题。风能的利用是最有吸引力的选择之一，尤其是在拥有漫长的海岸线和岛屿的国家，如爱沙尼亚。考虑到位置和环境条件，风能的储藏量在爱沙尼亚是巨大的。然而在爱沙尼亚，现在只有65兆瓦的风电装机容量。为欧盟设置的环境目标，爱沙尼亚需要安装大量的风力发电机。不过，我们必须考虑，如果考虑不符合网络安全性要求的风力发电场，即使是很小的风电装机容量，都可能导致爱沙尼亚的电力系统出现各种问题[1]。 爱沙尼亚的电力系统和俄罗斯的IPS / UPS电力系统是并联运行的。由于大部分的风力发电关联到西欧国家，属于UCTE和NORDEL 同步的国家，风力发电机的安装需要符合这些同步地区的运行标准和电网规定。风电接入到德国或丹麦输电网络的主要要求是满足当地的电网规定[2]-[4]，这就需要调研不同国家的地方标准和技术要求[5]-[8]。由于和IPS/UPS地区电厂并网的运行方式和技术标准显著不同，因此，要保证大量风电接入爱沙尼亚电力系统时的安全运行和供电可靠性，遵守这些规则是至关重要的[9],[10]。实现这一目标的手段之一是全面核查指标，采用风力发电机组的模型进行仿真，验收并网后的测试结果，并最终监控使用周期内的各项指标。 风电一体化及其对电网运行的影响是一个复杂的问题。为了解在不同状况下风力发电场的运行及其行为，我们已经做了大量的研究[11]-[14]。除了考虑与电网直接相联的风力发电场及其相关问题，还必须考虑在不同风力情况下的不同电力储备和要求[15]。风电对电网运行影响的一个典型案例是2006年11月的事件，该事件几乎造成所有UCTE网络的停电[16]。 2爱沙尼亚电力系统—俄罗斯IPS / UPS的一部分 爱沙尼亚电力系统和俄罗斯的IPS / UPS电力系统并联运行。爱沙尼亚和其它波罗的海国家（例如拉脱维亚、立陶宛）的电力系统一样，是仅有的几个与俄罗斯IPS / UPS地区电网同步运行的欧盟国家。波罗的海互联电力系统位于三大同步网络（UCTE、Nordel 和 IPS/UPS）的中心。它通过所谓的环形接线，与IPS / UPS电力系统有着密切的联系。因此，波罗的海电力系统的运行受IPS / UPS系统的影响较大，因此，在正常情况下，不能单独观察和分析。例如，当在系统某些地方发生故障（比如电厂或线路跳闸）时，所有联接的系统都会受到影响。因此，相联系统必须满足共同的规则以及需要密切合作。此外，为了保证相联系统的可靠性，必须采用电力系统自动保护装置。 2.1爱沙尼亚电力系统现状分析 爱沙尼亚用于1300km的220—330kV和3500km的110kV输电网络，爱沙尼亚通过5条330kV交流系统与俄罗斯和拉脱维亚相联，并通过一条直流线路与芬兰相联，如图1所示。根据电力系统的实时运行，邻近地区输送的有功功率为200—1100MW，其中，爱沙尼亚的输送容量为MW。 图1 俄罗斯IPS/UPS电力网络 2007年在爱沙尼亚，大约90%（7.2亿千瓦时）的国内电力消耗，都是由常规火电厂燃烧当地油页岩发电产生的[18]。目前，爱沙尼亚的净装机容量是23226MW。2008年9月，燃煤电厂的有功出力是2000MW，热电厂安装的净容量约200MW，风力发电场约65MW，其他电厂（包括水力发电）约40MW，在冬季高峰负荷约为1600万kW。 2.2 风电发展 在与欧盟谈判期间，爱沙尼亚设定了可再生能源发电的目标，到2010年，可再生能源发电量至少达到内陆电力消耗总量的5.1%（约4亿千瓦.时），而2007年这项指标才达到1.7%，因而任务十分艰巨。由于长期的低电价和风电的补贴不足，爱沙尼亚风力发电项目在过去是不可行的。现在，可再生能源发电的采购义务和关税援助已写进立