2012CB215100-G大规模风力发电并网基础科学问题研究.doc

项目名称： 大规模风力发电并网基础科学问题研究 袁小明 华中科技大学 2012.1-2016.8 依托部门： 教育部  /同步强随动性/暂态弱生存性等特点，结合我国风电大规模高集中开发模式的特点，以保障电力系统供电充裕性和运行安全稳定性为目标，集中解决以下两个关键的科学问题： 科学问题一：含波动性和不确定性风电电力系统的电源规划和运行调度理论与方法 围绕科学问题一，研究以下两个内容： （1）大规模高集中度风电场出力多时空尺度爬坡特征分析、预测与控制 针对大规模高集中度风力发电所在的地理区域，构建历史和实时的气象及出力数据平台；研究风电场之间的出力相关性，揭示区域风电出力多时空尺度爬坡特征的规律；提出爬坡事件概率分布的预测理论和方法，实现出力爬坡预警；基于风机出力的有限度可控性，提出区域风力发电出力爬坡有限度控制的理论和方法。 （2）含大规模高集中度风电的电力系统电源规划/调度与供电充裕性 基于风力发电出力的多时空尺度爬坡特征，建立电力系统容量与灵活性一体化的规划和运行调度理论和方法；研究有效评估风力发电容量臵信度的理论和方法，提出计及常规电源有效爬坡能力和灵活性的系统充裕性理论和指标体系；基于爬坡预测误差的不确定性，研究满足灵活性需求的电源滚动优化调度理论和方法；探索风力发电地理分布集中度、跨区域平衡、多种资源联合调度（如：负荷需求响应、电动车充放电调度）等因素与常规电源灵活性需求相互影响的规律。 科学问题二：含弱支撑性/强随动性/弱生存性风电电力系统的控制和保护理论与方法 围绕科学问题二，研究以下三个内容： （3）远距离大规模风电的有功/无功功率控制与电力系统频率及电压稳定 研究远距离大规模风电的有功控制与系统频率、无功控制与系统电压的相互作用规律。考虑风力机转动惯量的风速约束及转速可控性，探索风力机虚拟惯量的控制和优化理论，保障含大规模风电的电力系统频率稳定。研究在暂态过程中风力机无功功率控制与电网柔性交流输电装臵、高压直流输电系统的相互作用和协调控制，实现电力系统在故障期间及恢复过程中的电压稳定控制。 （4）远距离大规模风电的机电功率控制及同步并网机制与电力系统同步稳定 以典型风力机机电功率控制架构(桨叶/发电机/变频器控制)及同步并网机制（锁相主从同步）为基础，研究风力机之间、风力机与邻近同步发电机间的动态耦合相互作用，揭示它们对风力机和同步发电机小信号稳定性及暂态稳定性的影响规律。在此基础上，提出风力机机电功率控制及同步并网机制、同步发电机组的优化控制理论和方法。 （5）远距离大规模风电的故障穿越及电力系统故障保护 研究电力系统故障形式下变流器及风机暂态控制的理论和方法，实现风电的故障穿越、风机应力优化、系统暂态稳定性的提高。探索远距离大规模风力机群及同步发电机群在故障过程中的动态耦合相互作用，及其对故障穿越及同步稳定性的影响规律。揭示风电机组的故障电流特征，提出相应的电力系统继电保护算法。 同时，鉴于储能在应对以上两个关键科学问题的潜力,本项目也包含以下研究内容： （6）远距离大规模高集中度风电并网的储能需求评估及协调控制 针对大规模风电出力的强波动性,动态特性的功率弱支撑性、同步强随动性和暂态弱生存性，研究综合利用多种储能技术解决大规模风电并网系统供电充裕性和安全稳定性的关键理论与技术问题，提出储能系统在大规模风电并网中的优化配臵理论、技术经济价值评估体系和协调控制方法。  二、预期目标 1. 理论研究目标 （1）揭示大规模高集中度区域风电场出力爬坡特征受气象、风电场地理分布及出力相关性等影响的规律，提出爬坡特征概率分布预测的理论和方法；揭示供电充裕性受常规电源灵活性及风电爬坡特征等影响的规律，提出含灵活性的系统充裕性理论和方法、和基于预测不确定性的运行调度理论和方法。 （2）揭示多机动态强耦合的情况下，风电虚拟惯性控制对电力系统频率时空动态过程影响的规律，提出风机虚拟惯性控制及优化的理论与方法；揭示多机动态强耦合情况下，故障及恢复暂态过程中无功功率控制对电力系统暂态电压稳定影响的规律，提出风电无功功率暂态控制及优化的理论和方法。 （3）揭示风力发电主从同步方式对风机及同步发电机的同步稳定性影响的规律。探索风机间及其与同步发电机间的动态耦合对同步稳定性影响的机理。提出风机机电功率控制及同步并网新机制、以及同步发电机阻尼控制的理论和方法。 （4）揭示远距离大规模风力发电暂态控制对风机故障穿越能力、电力系统电磁暂态特征、电力系统保护等影响的规律。揭示风机间及其与同步发电机间的动态耦合对故障穿越及电磁暂态特征影响的机理。提出大规模风电故障穿越、穿越过程优化、以及适应风电短路电流特征的系统保护理论和方法。 2. 关键技术突破目标 （1）提出爬坡特征的定义及指标体系，开发风电出力爬坡特征预测工具