2014年8月6日,SGO课题组博士生韩杏宁、廖诗武、黎嘉明,硕士生金楚、黎舒婷等5人前往北京参加为期两天的2014年第一届风能太阳能并网会议,会议由国家能源大型风电并网系统研发(实验)中心和国家能源太阳能发电研发(实验)中心主办,邀请了中国、德国、英国、爱尔兰等各国研究风光新能源并网的专家学者们参加会议。
会议由为期一天半的专家演讲和半天的分版块PPT演讲和讨论组成,其中主要内容归纳如下:
(1)Energynautics公司创始人Thomas Ackermann博士介绍了德国的新能源发展状况:截至2013年底,德国全境最大最小负荷分别为80GW和30GW,而风电装机已经达到35GW,光伏装机达到36GWp,地理上明显呈现出“南部光伏北部风电”的特征,历史记录中的最大风光总出力高达36GW,风光新能源发电量比例达到19%,这些新能源发电几乎全部为分布式接入。由于德国能源结构中天然气占有很高的比重并有欧陆主电网支撑,加之分布式接入的风光能源平滑效应很强,因此尽管风光预测不准确,仍然能够满足调频调峰需求;另一方面,德国有明确的法令要求电网送出线容量必须确保全额送出风光发电,因此输电瓶颈问题不大,而为了降低设备更新的经济代价,当地电网公司采用了很多例如“动态线路容量”,“高温导体”等的新技术对线路进行扩容。
(2)Eirgrid公司DS3计划经理Robbie Aherne则介绍了爱尔兰(含北爱尔兰)的风电发展情况:爱尔兰电网负荷峰谷分别为6.8GW和2.3GW,风电装机达到2.5GW,常规电源9GW,对外仅与大不列颠有两条跨海HVDC连接,传输容量为1GW。他指出当前Eirgrid允许的风电功率最大比例为50%,超过即进行弃风处理,由于本地电网不强,在风电大规模开发之前Eirgrid就在频率电压等调节技术上下了很大功夫,因此以目前电源结构和运行策略应对如此大规模的风电接入并没有问题,但也接近消纳极限了,未来进一步增加风电渗透率则需要对电网结构和网标进行大幅度调整。
(3)裴哲义总工、白建华所长、王伟胜所长、汪宁渤主任、丁茂生主任等分别介绍了中国的新能源发展状况:截至2012年底,全国风电装机75GW,光伏总装机12GW,均以西北地区集中开发,东部区域分散接入为特征。与国外情况不同,中国三北地区风电装机相对灵活性电源的容量占了压倒性优势,因而导致特别是冬季时调峰极度困难。目前国网公司主要在预测技术和调度技术上进行了较多的努力,预测方面,目前日前均方误差在10%~15%左右,单点误差还要更差,主要遇到了NWP测点密度与风电开发密度反分布的特征以及各地风电历史数据完整性不足的困难;调度方面,中长期预测数据正在尝试加入到机组组合中(每日滚动,跨度为一周),以弥补当前系统开机计划完全不计风电的缺陷,同时供热机组实时监控系统已经在三北地区投入使用,意味着调节供热消纳风电可能进入实际应用,宁夏电力公司还提出了采用HVDC有限度跟踪风电波动的设想,以充分利用华东电网的受端调节能力,缓解宁夏本地调节电源稀缺难以消纳已开发风电的困境,引起了在场专家们的热议。
(4)新能源并网稳定性方面,DigSILENT应用工程部经理Bernd Werise指出变流器在LVRT过程中可能发生“电流型功角失稳”,并分析了其根本原因在于当前PLL的控制模式不合理,建议在低压过程中闭锁PLL。ENTSO-E顾问Helge Urdal则以大不列颠地区电网为例指出以目前的变流器控制技术,风电接入规模的不断扩大将使得电网的总体惯量不断下降,几乎肯定会对电网的暂态稳定性会造成越发严重的威胁,但他指出变流器控制模式的潜能是不存在限制的,一切都取决于设计者的创造性。
(5)PPT宣讲和讨论环节中,虚拟惯量和故障穿越仍然是专家们关注的焦点,袁小明老师的CREPS课题组进行了一个以973风电控制项目研究为专题的汇报,首先从概念上阐述了他们对风机并网稳定性研究的理解,将以PLL特性为主导的同步稳定性问题进行了仿真分析,最后将解决方案归结到“致稳器”上(实际上是将虚拟转动惯量的方法同时施加到有功和无功上),并指出当前并网标准中的故障响应部分仅对无功电流支援进行规定是不完全的,有功电流的恰当响应对于维持暂态稳定来说同样重要。中国电科院则以数次重大脱网事故为例分析了风机HVRT的问题,指出当前风场的无功补偿在故障穿越过程中动作延迟甚至错误是导致风机HVRT失败的原因,而且这个问题当前可能比LVRT更为突出,在未来的并网标准制定中很可能会进行补充。
会议其他的内容还包括欧洲电网规划体系的介绍、IEC新能源并网标准委员会组织结构的介绍、中国当前风光调度执行系统的实现架构、金风公司多源互补微网系统的运行情况等,总体而言涉及面非常广,宣讲内容虽然普遍较为宽泛,但其中提到的诸多问题和想法仍值得我们进一步深究和学习。
风光新能源并网中,我国的能源结构决定了相较外国有更大的调度困难和消纳压力,当前的优化调度技术上还有很大的改进空间;新能源并网控制方面,目前的常规控模式对于大规模并网而言还很不理想,因此如Urdal所说不能拘泥于当前的控制思想,需要发挥想象力去寻求突破。