含风电场电网的协同建模与平稳控制

我国风能资源丰富，风力发电是可再生无排放的绿色电源。风电机组联入电网是实现风能大规模开发利用的必由之路。风电机组受自然风力的驱动，其输出功率难以日前调度，且功率波动较大。当电网中的风电机组总容量较大时，风电功率的波动将对电网的功率平衡带来不利影响，可能恶化频率、电压质量甚至引发事故。大规模风电接入电网也会影响电网的动态特性和稳定性。近年来成为主流的大功率风电机组（变速恒频式或直驱式）具备在一定范围内调节有功和无功的条件。本项目将建立风电场-电网的协同模型，分析风电机组与电网间的相互作用机理；研究风功率预测方法，降低风电功率波动对电网功率平衡的不利影响；分析风电功率波动特性及其与电网运行的关系，构建与电网运行要求相协调的风电平稳控制方法；分析大规模风电接入对电网稳定性的影响。在多时间-空间尺度上形成风电联网安全运行的理论基础，为我国巨型风电基地(风电三峡) 的建设和运行提供控制方法支撑。

风能是最具开发潜能的非水可再生能源。我国资源环境约束日渐严苛，能源结构亟待改善。经过多年快速发展，我国风电装机容量已跃居世界第一位，已规划了8个千万千瓦级风电基地，大规模集中开发、联网外送消纳是我国风电的主要开发模式。.风电具有随机性、波动性，大规模风电功率波动会对电网的运行带来严重的不利影响，甚至危及电网的运行安全。电网接纳能力不足会造成风电弃风，降低风电企业的经济和环境效益，制约了风电产业的持续发展。.因此有必要深入研究多时空尺度下风电随机性、波动性的分析方法，研究含风电场电网的协同建模，构建与电网运行要求相协调的风电平稳控制方法，在保证电网运行安全前提下，实现风能利用的最大化。.主要成果： .1.源网协同建模方面，分析了大规模风电场群实测运行数据，构建了描述风电功率波动时空分布的时间序列模型和物理模型，揭示了风电场群的汇聚效应并提出了评估方法；构建了反映风电对电网运行多时空尺度影响的模型并开发了仿真系统。.2.研究了风电机组原动机系统和电力电子连接系统的控制模型，提出了基于桨距角控制和变流器控制的平稳控制策略。开展了利用储能（超级电容器）平抑风电功率波动的研究。.3.构建了覆盖全国的高精度数值天气预报系统，建立了基于时间序列模型、物理模型的短期风电功率组合预测方法，开发了风电功率预测系统。预测精度已达到国际同类系统的水平。研究成果已应用于吉林、江苏、宁夏等11个网省电力公司。.4.大规模风电的随机波动性和低功率密度特点给电网的规划和建设带来了新的挑战，研究提出了新的大规模风电基地功率汇聚外送输电容量规划方法，既可使电网在满足安全约束的条件下确保风电送出，同时可以显著提高所规划输电资产的收益。.5.研究了风电联网安全运行与控制的关键技术，揭示了近满载情况风电机群连锁脱网过程的机理，并提出了降低此类连锁脱网风险的技术措施建议。建立了计及多种运行约束的电网风电接纳能力评估方法，可在确保电网运行安全的前提下充分挖掘电网接纳风电的潜能。.6.主办“中美可再生能源并网研讨会”等国际学术交流活动4次。.项目组已出版论著3部，发表学术论文66篇（SCI收录2篇，EI收录41篇），获授权发明专利13项，公开发明专利6项。研究成果分获吉林省科技进步奖二等奖及上海市技术发明奖三等奖。.已按照项目计划书要求完成全部研究任务。