中国大规模非并网风电基地与高耗能有色冶金产业基地链合布局研究

有色冶金产业作为第一耗能产业,也是国民经济发展的基础产业,在产业规模不断扩张的同时,其结构性矛盾也日益突出,特别是产业发展面临的资源、环境压力越来越大,已经对可持续发展形成威胁。因此,结合大规模非并网风电的开发建设,形成风力发电与有色冶金产业基地的链合布局,促进风电-有色冶金产业基地建设具有重要的时代意义。本文通过分析风电场以及有色冶金产业布局的影响因素,建立风电产业布局研究的基本框架;以省域尺度为例,探讨风电场与有色冶金产业基地的链合布局,认为中国电解铝工业布局将随着风电场的建设脱离原料富集的内地地区,逐步向风能资源富集的沿海地区转移,从打造风电与有色冶金产业链的角度,将山东、内蒙古、江苏、广东、上海、浙江等6个省区列为中国一级风电与有色冶金产业基地;将河北、新疆、辽宁、山西、宁夏、福建和甘肃等7个省区列为二级风电与有色冶金产业基地。13个大规模非并网风电与有色冶金产业基地2020年非并网风电总装机容量将达到3 043.24×104kW,电解铝产量预计将达到656.09×104t,约占全国总产量的32.80%,并将实现可观的节能减排与经济效益目标。

考虑UFLS响应的大规模风电并网系统频率特性分析

大规模风电并网系统在受到大功率缺额扰动后,电网会出现频率骤降,而低频减载(Under Frequency Load Shedding,UFLS)控制是防止频率失稳的有效手段。首先,基于含UFLS的改进系统频率响应模型(System Frequency Model,SFR),研究了新型电力系统受到大功率扰动下的频率特征,基于经典频率响应模型建立改进的系统频率响应模型,考虑火电、风电联合调频控制策略,并引入UFLS频率控制;然后,根据所建立的系统频率响应模型对大规模风电并网系统参数进行整定,并建立多资源参与调频下的大规模风电并网系统频率特征表达式;最后,通过Matlab/Simulink仿真平台,验证UFLS控制策略参与调频的可行性及UFLS控制参数对频率调制效果的影响。

大规模非并网风电系统开发与应用

风电并网是目前世界上大规模风电场的唯一应用方式,但由于风的高度不稳定性,导致风电大幅度波动,风电在电网中的贡献率难以超过10%。文中介绍了大规模非并网风电直接应用的原创性思路,即大规模风电不并入电网,直接应用于一系列能适应风电特性的终端用户。非并网风电系统中的风力机较常规风力机结构得到优化、风能利用效率显著提高、大幅度降低风电成本,并阐述了下一步需要解决的问题和研究方向。

大规模海上风电的非并网多元化应用研究——变海上风电场输电上岸为直接输产品上岸的探索

针对海上风电大规模发展成本高、并网难、故障概率高的瓶颈,提出了一种海上大规模风电非并网多元化应用系统。该系统突破海上大规模风电并网的单一应用模式,通过必要的技术创新与集成,将大规模海上风电与高载能产业(如海水淡化、电解水制氢和电解铝等)直接耦合形成一个完整的新系统,变海上风电场输电上岸为直接输产品上岸,不仅破解了大规模、超大规模海上风电应用难题,而且大幅度节省海上风电场投资成本,提高了风电利用效率,具有十分重要的现实和战略意义。

大规模非并网风电产业体系研究

大规模非并网风电的应用,是一条探索风电多元化发展之路。建设大规模非并网风电产业体系,是风电多元化发展的重要环节。非并网风电产业体系的构建,是以"非并网风电理论"为依据、以风能富集区的大规模风电场建设和运营为重点,涵盖其前向关联度大的风电设备零部件研发和制造、风机组装、电控系统等产业,后向关联度大的有色金属冶金、盐化工、大规模海水淡化、规模化制氢制氧等高耗能产业,以及侧向关联度大的风机运营维护、风电场观光旅游、风电项目投融资管理、金融保险等产业,构成可涉及三次产业、多方位、多产业链交织的现代综合产业网络体系。

非并网风电对超大规模风电利用的战略意义和路径

风电并网是目前世界上大规模风电场的唯一应用模式。风的高度不稳定性,导致风电大幅度波动,在没有燃气发电、水电等为其调峰情况下,风电对电网贡献率难以超过8%-10%,这是一个世界性难题。在未来的4年～6年,随着全球风电的大规模发展,将不可避免出现风电上网难的窘况,并严重制约全球风电产业的发展。针对这一世界性的难题,非并网风电应用模式充分尊重风电自身特点,突破大规模风电并网单一应用模式,通过必要的技术创新与集成,将风电与高载能产业(如电解铝、氯碱、电解水制氢、海水淡化和煤化工等)直接耦合,建成若干绿色重化工园区,探索出一条大规模风电多元化发展之路,破解超大规模风电应用难题。

大规模非并网风电产业体系研究

大规模非并网风电的应用，是探索一条风电多元化发展之路，也是一条新能源与传统能源“嫁接”和谐发展的新路。以非并网风电理论为基础，并以风能富集区的大规模风电场建设和运营为重点，涵盖其前向关联度大的风电设备零部件研发和制造、风机组装、电控系统等产业，后向关联度大的有色金属冶金、盐化工、大规模海水淡化、规模化刺氢制氧等高载能产业．以及侧向关联度大的风机运营维护、风电场观光旅游、风电项目投融资管理、金融保险等产业，构成可涉及三次产业、多方位、多产业链交织的现代综合产业网络体系，并构建大规模非并网风电海水淡化、氯碱、有色冶金及煤基能源产业等绿色重化工基地．为探索一条具有中国特色的新型工业化道路作出贡献。

大规模非并网风电投融资研究

本文对大规模非并网风电体系的投融资方式进行了研究。首先阐述了风力发电投融资的现状。其次,对非并网风力发电的发展进行了介绍。然后对大规模非并网风电投融资的可用方法进行了分析探索,以期积极推进非并网发电体系的发展。文章最后还提及了非并网发电投融资面对的问题及给出了相关的建议。

大规模风电并网条件下AGC机组跨区分布式最优协调控制

我国风电资源主要集中在西部和北部,外送是解决风电消纳问题的有效手段。但随着风电渗透率的增加,其不确定性带来的风电功率波动造成部分区域或省份的自动发电控制(AGC)出现了较为严重的调节资源不足及控制问题。为解决这一问题,利用分布在全网的AGC机组实现跨区分布式最优协调控制。引入协调因子建立AGC最优协调控制模型,采用原始对偶梯度算法对该模型进行变换,并利用线性变换得到基于协调因子的分布式最优协调控制器。仿真算例表明,随着风电渗透率增加,各区AGC机组能协调地进行频率控制,有效平衡风电不确定性引起的功率不平衡量。

大规模风电并网动态特性模拟与分析

研究大规模风电并网动态特性,对提高电力系统稳定性具有重要意义。分析了风力发电机组、水力发电机组和汽轮发电机组的工作原理并建立了对应的数学模型,构建了含风力发电机组、水力发电机组和汽轮发电机组的多源混合电力系统模型,在风速波动条件下,对该系统模型进行了仿真分析。仿真结果表明:当风电机组输出功率发生变化时,该多源混合电力系统模型能够准确描述电力系统主要参数的动态变化特性。

大规模双馈风电机组并网频率稳定控制策略

风电在电网中的渗透率逐年升高,尽管其在优化电源结构、节能减排方面有颇多贡献,但是由于自然风的波动性和不确定性,大规模风电并网势必会对电网频率稳定等方面产生影响。针对此问题,对装机量较高的双馈型风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)控制系统进行研究,制定大规模双馈型风电机组并网下的频率稳定控制策略。在现有附加下垂控制及虚拟惯性控制的基础上,根据输入风速以及电网侧频率波动,对下垂控制环节进行变系数处理,改善下垂控制特性。将DFIG运行工况进行分类,并采用变减载系数,使DFIG在限功率运行的同时减少弃风。采用具有大规模风电并网接入的实际电网模型,仿真验证了所提频率稳定控制策略的有效性。

基于Web的超大规模风电基地监测系统设计

为提升超大规模风电基地的发电品质,设计基于万维网技术的风电监测系统。根据风电监测系统的需求,建立以浏览器/服务器架构为核心的多层结构;根据数据处理的特点设计系统的数据库结构和数据服务程序结构;实现对风电基地内主要设施的监测、信息检索和统计报表等功能。该监测系统在宏观上反映了整个风电基地的出力状况,在微观上反映了风电场乃至单个风力发电机的工作状态。

大规模风电集中接入环境下基于熵理论的电网自组织临界状态演化

大规模风电集中接入电网造成的网架结构密集化和系统潮流复杂多变使得电网自组织临界状态的演化呈现新的特点。提出将网络拓扑熵和潮流熵应用到电网自组织临界状态演化特性研究中,表征风电场规模化集中接入电网环境下的网架结构和潮流分布变化规律。研究表明,大规模风电集中接入后,为外送风电功率建设的输送通道减小了系统的网络拓扑熵;风电接入规模超过当地负荷的吸纳能力时,会增加系统的潮流熵,同时,风电出力的波动也可能急剧增加系统的潮流熵。电网运行状态朝着自组织临界点演化。最后,以甘肃省河西地区酒泉风电基地为例验证了电网自组织临界性状态演化规律的正确性。

提高大规模风电接纳及送出的系统保护研究

为了提高酒泉风电的接纳和送出,从系统视角提出一种大规模风电接入电网线路的继电保护与控制一体化新方法。利用基于统计分析的潮流波动判据和基于本地信息量的潮流转移识别,从风电潮流波动中甄别出某重负荷线路发生了故障、判别出该线路因故障被继电保护动作切除、进而还识别出原先由故障线路承担的负荷潮流转移到了非故障线路上,并导致非故障线路过负荷。结合自适应过负荷保护,在线路安全的前提下尽可能挖掘其潜在载流能力。同时融合紧急控制功能,按实际需要切除风电,消除非故障线路的过负荷而不是切除该线路,解决连锁解网问题。在理论和仿真研究的基础上,研制并现场安装保护装置并检验所提系统保护方案的正确性。

大规模集群风电接入电网电能质量问题探讨

中国的风电装机容量已跃居世界第一位,进入了大规模建设和并网运行阶段。陆续发生的大规模风电机组脱网事故,暴露出风机自身和风电场并网等领域缺乏统一的管理和技术标准,制造、施工、设计、调试和技术监督等多个环节的标准不能无缝衔接,影响了电网安全稳定运行、供电可靠性和供电质量。立足于大规模集群风电场及坚强智能电网建设的大背景,分析大规模风电并网与智能电网的内在联系及有关电能质量标准及实际应用问题。为确保大规模风电的持续健康发展,必须尽快健全与之相适应且统一的电能质量技术标准。

基于改进人工鱼群算法的含大规模风电电网无功优化

针对大规模风电的波动性和随机性对电网无功电压优化初值影响较大,使无功优化求解不能充分考虑电压越限节点,而过早收敛,最终不能得到全局最优解的问题,提出基于改进人工鱼群算法对含大规模风电的复杂电网进行无功电压优化。在算法流程初期将类似遗传算法的变异机制引入其中,用以优化调整人工鱼群,在算法流程后期应用自适应可见域及步长的方法解决人工鱼群算法计算后期容易出现的陷入局部最优解以及收敛速度慢的问题。最后以接入大规模风电的甘肃电网为例,应用常规输电网动态无功优化模型,对文中的改进人工鱼群算法进行实例验证,从而证明算法的可行性和有效性。

大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响

随着风电集中并网规模的增加,风电对系统短路电流的影响已成为当前电力规划和运行部门的重要关注点。详细分析了各类风电机组的短路特性,并通过实际算例仿真模拟了不同风电接入形式、风电机型及风电装机规模工况下近区母线短路电流的变化情况,从多角度揭示了风电并网对近区母线短路电流的影响规律,量化了风电装机规模对110 kV及以上电压等级并网母线短路电流的贡献幅值,并对考虑短路电流限制因素的风电并网形式和风机选型提出了建议。

大规模风电并网条件下的电力系统调度探析

风力发电会受到外界的影响,无论是风速、天气、温度,都会影响风电的发电效率,但是,风电作为一种取之不尽的能源,并且有着绿色环保的优势,是一种重要的发电方式。本文就研究风电大规模并网对电力系统调度的影响,首先,分析了风能发电的特点;然后,研究在风力并网后对电力系统调度的影响;最后,研究如何做好相关工作,降低风电的影响。

一种评估大规模风电功率脱落对电力系统频率影响的分析方法

大规模并网风电功率的波动会引起系统频率波动甚至导致系统频率动态越限,危及电网的安全运行,而风电单机容量小、随机波动性强等特点,使得基于阶跃扰动的传统频率动态分析方法不再适用。本文提出一种基于风电功率波动特性以及系统频率响应特性的评估方法,可用于分析风电功率波动极端方式——大规模风电功率脱落对电力系统频率动态的影响程度。基于实际电网风电运行实例,分析了并网点受扰后风电机群脱网造成的风电功率脱落引起的系统频率动态过程,并评估了典型运行方式下满足系统容许频差约束的最大风电功率脱落值。

储能技术在解决大规模风电并网问题中的应用前景探讨

近年来我国大规模风电并网的规模开始增加,但是,在大规模风电并网的过程中,经常会出现风电机组应用效率问题、短时电力调节问题等,不能确保大规模风电并网的效果,对其长远发展造成不利影响。而储能技术属于先进的技术,可以通过电池、抽水蓄压、超级电容、机械设备、导电等储能方式,有效解决大规模风电并网中存在的问题,为其后续的建设和发展夯实基础。