电科院曲春辉：分散式风电并网问题可以通过自适应控制协调优化解决

以“创新驱动 智赢未来”为主题的“2018全国大型风能设备行业年会暨产业发展论坛”于11月22~23日在重庆召开，本次论坛由中国农业机械工业协会风力机械分会主办，中国船舶重工集团海装风电股份有限公司承办。能见APP全程直播。

中国电力科学研究院新能源研究中心分布式新能源发电应用 技术研究室副主任 曲春辉发表题为《分散式风电并网技术问题分析》的主旨演讲。他表示基于已有项目经验，分散式风电需要面对的主要技术问题包括：测风塔安装位置及微观选址、基于无功电压和网损的定容及优化接入分析、无功电压协调控制技术、对配电网保护的影响、集中远程监控技术及通讯解决方案、防孤岛问题、更好的电能质量、更好的电网适应性等。在定容及优化设计上，单个并网点可接入容量有限，直接接入35kV母线一般≤25MW，直接接入10kV母线一般≤6MW；T接或π接可接入容量更小。优化规划方案是综合考虑风能资源、网损、电能质量的分散式风电优化选址。多接入点分散式风电的无功电压控制可以用多目标优化模型来描述，并综合考虑电压合格率和网损的经济性。

以下为演讲实录：

曲春辉：我今天讲四个问题，分散式风电定义，二技术问题，三解决方案，四主要挑战。

一、分散式风电定义

昨天张总已经把分散式风电相关文件做了介绍，我简要说说。2011年是374号和226号文件，对分散式风电的定义做了明确，位于负荷中心附近，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力就近接入当地电网进行消纳的风电项目。标准原则上不新增加高压送出线路和110KV、UUKV变电站。当时提出了除示范项目以外，单个项目总装机容量不超过5万千瓦。2017年3号文明确了电压等级应为35千伏及以下电压等级，充分利用电网现有变电站和配电系统设施，优先以T接或者π接。2018年的有变化，接入电压等级应为110千伏及以下，并在110千伏及以下电压等级内消纳。这个容量也不超过50兆瓦。110千伏电压等级接入的分散式风电项目只能有一个1个并网点，且总容量不应超过50兆瓦 相关第一个标准，厂家、运营商都有技术标准。第二个标准标准是分布式电网并网技术技术。第三个是2012年出的分散式风电接入系统技术规定。第四个是两个行业标准，由我们这边在负责起草，我们会征求整机和厂家的意见。这两年并网容量不大于50MW，接入方式优先T或者π接。电压等级110千伏及以下，不向上一级电压等级电网反送电。满足标准35千伏及以下：GB/T33593-2017，110千伏（东北66千伏）：GB/T19963-2011。入网检测，风电机组，通过相关国家标准和行业标准所规定的检测。风电场，当风电场装机容量超过20MW时，需要向电网调度机构提供一个系统的接入电力系统测试报告。每装机超过20MW，需要重新提交测试报告。19963的国标里面，对风电机功率控制做了相关的说明，里面细化了一下，要求在负0.45到0.9这个范围内实现控制，具备恒功率、恒电率和恒电压。

这是发展规划。

简要说一下分散式风电的优势，避免大量的输配电设备扩容费用，缓解用电压力。比较关键的是降低电网线路损耗，改善末端的电能质量。充分利用风电可再生能源，降低了对一次能源的依赖。

二、技术问题

根据分散式风电的特点和给电网带来的问题，主要五个技术问题：一测风塔安装位置及微观选址问题；二定熔及优化接入问题；三并网问题；四电能质量问题；五对配电网保护的影响。这是我们以前做过的一个项目，辽宁的一个地区，这个地区大概是1.97万平方公里只有两个测风塔，对分散式选址是很大的障碍，风电处理和负荷具有较大波动，选址也是一个问题。这是早期的一个分散式风电的规划，当时很多问题，根本没有办法运作。然后是不同接入点的电压合格率问题，这是未接入风电之前的时候，变电站10KV母线的电压分布概率。这是接入了，风电机组以功率因数1.0运行时各变电站10KV目线的电压分布概率。无功的情况下，很多项目并网的时候，电压波动比较大，需要配置10兆瓦甚至更大的SVG，大部分的风电机组都是单独控制，没有整个进行区域的协调，发生故障问题。无功的潮流达到最优分配，无法有效降低止损。电能质量问题，闪变清下，连续运行情况和切换操作都做了计算，实际上是满足国标要求，目前为止这方面的问题倒是很小。当时做的分析，1.5兆瓦双馈风电机组和1.5兆瓦直驱风电机组的谐波分析，跟当地的配电网强弱和周边的负荷情况有关系。这是继电保护问题，下面是一个示意图，分散式风电接入电网以后，在不同点下，第一个是有利的，使得原保护更加灵敏。第二个保护，如果是在DE上任一点KW发生短路故障时，风电的容量足够大时，范围可以延伸，每个保护都动作，继电保护失去选择性。短路电流，这个跟大小、容量、位置有关，会导致保护的拒动。孤岛现象，负荷和电网的部分电网，从主网脱离后继续孤立运行的状态。非为非计划性孤岛和计划性孤岛，电网发生故障后，如果分散式风电保护未及时动作，产生孤岛效应，会对自动重合闸产生一定的影响。因为从电网监控的角度来讲，这一段的电网相当已经脱离了，但是实际上还是风电带着一部分负荷在运行。相当于以前的固网和微电网里面，里面有一些无缝切换的，这完全是非计划性突然的状态。这是我们在2012年还是2013年西北试验的时候，第三疯长发生孤岛效应，大概装机100.5兆瓦，这是当时录的曲线。根据这个孤岛，我们三北有30个机位，我们选择了全功率变频和双馈，在不同组合和容量情况下所发生的孤岛现象。这是全功率变频风电机组孤岛时间持续比较长，电压下降，频率下降，出力与负载匹配。有功大于负载。最后一个是孤岛持续，电压基本不变，频率下降1.52Hz。这个是中低压混合双馈发电系统里面的，出力与负载匹配，孤岛持续，电压下降，频率逐渐下降。这是最终的一个结果，异步系统，全功率系统，混合系统，功率跟负荷带匹配的情况下，还有不同情况下无功情况下的匹配。在全功率变频的情况下，孤岛持续比双馈长一点。

三、解决方案

基于有限测风塔数据的分散式风电资源特性和评估方法，根据场址风能资源、征地条件、可接入容量进行了风电机组的选址。对于定容及优化设计，单个并网点可介入容量有限，直接接入35KV母线一般小于25兆瓦，直接接入10KV母线一般小于6兆瓦，T接或π接，可接入容量更小。T优点是造价低，缺点是供电可靠性差，供电质量不高。π质量和供电可靠性高。优化规划方案，根据全年风资源数据、电网模型、全年负荷数据，长过程时序防真，损耗合格率优化，最后给一个合适的选址。两个约束条件，首先是年电能损耗最小，从电网公司角度来讲，希望电能损耗最小，但是从发电或者运营商来讲，希望分散式风电发电量最大。这是当时做的案例，位置和容量基于全年数据考虑，接入后和接入比损耗有一定的降低。实际上对年发电量来说，最终的结论年发电量增加这么大，但是网损在增加，净增发电量有增加，这对发电企业来说比较好，电网公司希望能够降低网损，选址的目标是以发电量考虑还是网损考虑？这是规划的问题。

这一条曲线叫“微笑曲线”，没有接入之前，网损是1821426，接入不同型号的风电之后是降低的，最好的时候网损是最低的，接入容量比较适中。正常情况下来说，资源可利用装机往往大于电网可接入容量。损耗一开始是降低，先降后升，逐渐升高。所以，选择接入容量位置和网损综合考虑情况下来选择接入不同位置。

电压合格率优化，配电网分散式风电的引入减少了馈线上潮流的流动，从而使馈线电压损耗减小，相应的负荷节点电压有所升高。我们将大庙变风电装机降低，电压满足要求了，调整的时候，对容量不变，对数量和位置有相关的要求。这是分散式风电接入以后，电压的变化和位置，以及馈线相关的影响。大家考虑分散式风电接入的时候可以考虑。这是我们做的一些约束和相关算法。以前好多分散式风电都是单独的，各个区域有一个单独的网络，实际上缺少整个区域的协调可控。今年文件里面对风控也有相关的要求，需要对这些数据进行调度。用专网难度比较大，里面做好相关的防范和措施，因为电网公司对外网接入有要求。

继电保护影响，保护误动时系统侧保护应配置方向元件，电流保护不满足要求时，采用纵差保护或距离保护等实现保护功能。需要装设可靠的防孤岛保护装置等等。

电能质量，谐波计算结果与系统参数密切相关，给出的是以典型参数为基础的计算结果，可能会与分散式风电建成后的实际情况有所差别。建议在分散式风电机组投运初期进行电能质量测试。

四、主要挑战

一前期审批时间长、环节多，项目太小影响经济性。二投资主体，光伏投资主体多样化，但风电投资主要是国有资本偏多，投资少，积极性有限。三利益相关方，与陷于经济、农村、农户的利益如何结合，地方政府支持力度。四吊装和修路成本，一些大叶片安装难度比较大。五环境有一些影响。五可能建好之后很长时间都拿不到接入网络的函，接入系统设计和函有问题。

分散式风电是近年来我国风电发展的一个热点，亟需在运行与管理方面，进行机制和创新；点多面广，局部渗透率高，并网影响大，需采用自适应控制，协调优化，促进分散式风电的快速健康发展。

（根据速记整理）