酒泉风电基地的发展及运行控制酒泉风电基地的发展及运行控制甘肃省电力公司风电技术中心何世恩2010年12月主要内容一、引言一、引言二、酒泉风电基地二、酒泉风电基地发展发展三、酒泉风电基地三、酒泉风电基地运行情况运行情况四、有关问题四、有关问题五、结束语五、结束语n全局问题：气候变化和能源短缺。全局问题：气候变化和能源短缺。n甘肃问题：是国家老工业基地之一，是我国石化工业的摇篮，也是重要的有甘肃问题：是国家老工业基地之一，是我国石化工业的摇篮，也是重要的有色冶金工业基地，曾在全国生产力布局中有着十分重要的战略地位。工业以色冶金工业基地，曾在全国生产力布局中有着十分重要的战略地位。工业以重工业为主，单位重工业为主，单位GDPGDP能源消费高。能源消费高。 玉门油田玉门油田现在面临资源枯竭。现在面临资源枯竭。 必须要进行变革，寻找新的增长点必须要进行变革，寻找新的增长点新能源！新能源！一、引言一、引言n甘肃省风能、太阳能资源丰富。酒泉风电基地是我国第一个正式开工甘肃省风能、太阳能资源丰富。酒泉风电基地是我国第一个正式开工建设的千万千瓦级风电基地。建设的千万千瓦级风电基地。n目前制约甘肃风电等新能源发展的主要矛盾是电网薄弱，输送能力有目前制约甘肃风电等新能源发展的主要矛盾是电网薄弱，输送能力有限。限。二、二、酒泉风电基地发展酒泉风电基地发展 2020年我国风电总装机容量将达亿千瓦，是2007年发布的可再生能源中长期发展规划目标的5倍。根据规划，将在甘肃、新疆、河北、吉林、内蒙古、江苏六个省区打造7个千万千瓦级风电基地。2020(2015)年甘肃酒泉千万千瓦级风电基地甘肃酒泉千万千瓦级风电基地建设规划装机容量为2191(1271)万千瓦；新疆哈密规划1080(480)万千瓦；内蒙古规划建设5000多万千瓦，其中蒙西2081(1326)万千瓦，蒙东3830(1795)万千瓦；河北规划在沿海和北部地区共建设1643(1078)万千瓦；江苏规划建设1000(580)万千瓦，包括近海700万千瓦；吉林西部地区，主要在松源和白城等市，规划到2020年达到2132(1012)万千瓦。 外加山东1243(717)万千瓦。单位：瓦单位：瓦/ /平方米平方米酒泉区域素称“世界风库”甘肃甘肃风能资源分布图风能资源分布图甘肃省太阳能资源分布图单位：兆焦单位：兆焦/ /平方米平方米甘肃酒泉敦煌区域是 “大漠光电工程”理想区域四个风电标杆电价的地区分布四个风电标杆电价的地区分布甘肃酒泉千万千甘肃酒泉千万千瓦级风电基地瓦级风电基地各规划风电场地各规划风电场地理位置图理位置图 图图3-1 3-1 玉门玉门风电场地理位置风电场地理位置图图 图图3-3-2 2 瓜州瓜州风电场地理位置风电场地理位置图图风电接入系统输电方案示意图示风电接入系统输电方案示意图示n吊装容量为实际完成吊装：吊装容量为实际完成吊装： 约约4000MWn建设容量是指建设容量是指“已并网或风电场已并网或风电场配套送出工程建成的吊装配套送出工程建成的吊装 容量容量”： 约约2000MWn运营容量是指运营容量是指“经调试后已并网经调试后已并网发电的风电机组容量发电的风电机组容量”： 1200MWn现在正在进行调试、验收，计划现在正在进行调试、验收，计划2011年年2月底运营容量（累计）：月底运营容量（累计）： 5160MW电网建设及规划情况电网建设及规划情况输送能力问题输送能力问题u330kV330kV，全线串联，全线串联7 7座变电座变电所，输电线路全长约所，输电线路全长约10001000公里公里u无法满足酒泉风电基地的无法满足酒泉风电基地的送出需求送出需求输送能力问题输送能力问题20102010年年1111月月3 3日建日建成成u750kV750kV输电线路，与西北输电线路，与西北750kV750kV主网相连主网相连u基本满足基本满足516516万千瓦风电送万千瓦风电送出情况出情况输送能力问题输送能力问题待建待建u800kV800kV特高压直流输电技特高压直流输电技术，酒泉术，酒泉三华三华（湖南（湖南株洲）株洲）u力争力争20122012年建成，确保年建成，确保20132013年建成年建成秦安宁夏固原嘉峪关张掖山丹金昌天水成县秦安眉岘西峰宁夏固原平凉电厂宁夏宁安花园阿兰陕西雍城陕西桃曲宁夏中宁凉州黑河洛大九甸峡蓝色为已有项目红色为当年投产项目兰州西永登古浪新庄炳灵临洮刘家峡陇西和平定西银城东台石城靖远电厂平凉电厂天水宁安宁夏中宁官厅花园阿兰兰州东刘家峡炳灵九甸峡岷县瓜州双湾多合多合兰州桃树村天水永登白银平川武都西和兰州北良平社棠皋兰银东西固永昌玉门镇酒泉苗家坝官厅平凉银川东固原官厅银川东金昌哈密柳园天水秦安宝鸡景泰岷县高台乾县西宁凉州西宁海石湾兰州南权家门连城东大滩750、330千伏变电站330千伏线路750千伏线路图 例法放安西2010年甘肃电网示意图酒泉风电外送规划酒泉风电外送规划酒泉风电外送规划(2015年)20202020年规划主网架年规划主网架三、三、酒泉风电基地运行情况酒泉风电基地运行情况 2010年年16月，甘肃电网新月，甘肃电网新投风电场投风电场4座（达到座（达到13座），分别座），分别为国投北大桥东、天润柳园、龙为国投北大桥东、天润柳园、龙源北大桥一和龙源北大桥三，新源北大桥一和龙源北大桥三，新增风电装机容量增风电装机容量249 MW，达到，达到1146.1 MW，上半年，上半年13座风电场座风电场完成发电量完成发电量97261万万kWh，同比，同比增加增加73，其中酒泉，其中酒泉11场场86686万万kWh，同比增加，同比增加55，白银，白银2场场10575万万kWh, 同比增加同比增加44。 n瓜州地区月份主导风向为北东风，风向频率，其次是南东风，瓜州地区月份主导风向为北东风，风向频率，其次是南东风，频率为频率为15.8%；月平均风速，与上月持平；平均有效风速；月平均风速，与上月持平；平均有效风速569h，同比多同比多13h；最大、极大风速为、，分别在；最大、极大风速为、，分别在6月月25日、日、14日出现在日出现在中电安西和国投北大桥东风电场。中电安西和国投北大桥东风电场。 n玉门地区主导风向为东南风和南风，风向频率均为，玉门地区主导风向为东南风和南风，风向频率均为，其次是西风，频率为；风电场月平均风速，同比小；其次是西风，频率为；风电场月平均风速，同比小；月平均有效风速月平均有效风速603h，同比多，同比多46h。最大、极大风速为、。最大、极大风速为、，在，在6月月4日出现在中节能昌马风电场。日出现在中节能昌马风电场。 6月份月份13座风电场完成座风电场完成发电量发电量16343万万kWh，同比，同比增加，其中酒泉增加，其中酒泉11场场14397万万kWh，白银，白银2场场1946万万kWh。全网风电出。全网风电出力主要集中在力主要集中在5-35装机装机容量区间，出现时间频率容量区间，出现时间频率为，其次是为，其次是35-65装机装机容量区间，出现时间频率容量区间，出现时间频率，0-5是，是，65-95是是0 。酒泉风电场酒泉风电场(5160MW)(5160MW)出力特性出力特性n 全全网网月月平平均均风风电电日日最最大大出出力力占占装装机机容容量量比比为为，河河西西，白白银银，其其中中瓜瓜州州和和玉玉门门分别为、。分别为、。n 全全网网风风电电1min、3min、5min和和10min月月平平均均负负荷荷爬爬坡坡速速率率分分别别为为：58、80、101、189MW，下下降降速速率率分分别别为为：78、111、 338、 473MW， 1min、 5min、15min出出力力最最大大变变化化幅幅度度为为：78、171、415MW， 河河西西风风电电由由于于所所占占比比重重大大，负负荷升降速率接近全网速率。荷升降速率接近全网速率。n 风风电电场场月月平平均均发发电电负负荷荷率率，同同比比减减少少个个百百分分点点；平平均均发发电电利利用用小小时时数数157h，同同比比增增加加10h；机机组组平平均均可可利利用用率率，同比降低个百分点。同比降低个百分点。n六月风电场统计全月弃风电量六月风电场统计全月弃风电量5905万万kWh，同比增加，同比增加237。其中场外。其中场外4214万万kWh，同比增加，同比增加215，场内，场内1691万万kWh，同比增加，同比增加307。6月月份风电场月度负荷预测误差、电量预测准确率分别为份风电场月度负荷预测误差、电量预测准确率分别为34、79。 风电场风电场 项项 目目瓜州瓜州玉门玉门白银白银中电中电安西安西大梁大梁向阳向阳国投国投北大北大桥东桥东天润天润柳园柳园大唐大唐三十三十里井里井子子中节中节能昌能昌马马洁源洁源兴泉兴泉捡财捡财塘塘最大出力最大出力(MW)125 87 87 50 30 89 85 145 93 4542 最大出力占装机最大出力占装机 容量比容量比(%)84 86 88 100 61 90 86 72 84 100 93 发电负荷率发电负荷率(%)22 26 24 25 14 28 20 19 18 47 24 机组可利用率机组可利用率(%)100 97 100 98 97 96 99 89 98 9894 负荷预测误差负荷预测误差(%)68272134 29 752832 171530 电量预测准确率电量预测准确率(%)68877684 75 857184 866099 n六月电网峰谷差率六月电网峰谷差率17，风电反调峰率，风电反调峰率，有效发电时间有效发电时间(风电场向电网注入有功风电场向电网注入有功时间）时间）716h。6月月26日日19:17甘肃电网风甘肃电网风电总出力达到电总出力达到 568MW，占当时风电总，占当时风电总装机容量的装机容量的50。本月风电占日发电负。本月风电占日发电负荷的最大、最小比例分别为荷的最大、最小比例分别为 (出现在出现在6月月30日日22:25，风电，风电529MW，发电负荷，发电负荷8043MW)、0%(出现在出现在6月月29日日23:20，风电风电0MW，发电负荷，发电负荷8012MW)，占用，占用电负荷的最大、最小比例分别为电负荷的最大、最小比例分别为(出出现在现在6月月29日日22:20,风电风电564MW，用电，用电负荷负荷8096MW)、0%(出现在出现在6月月29日日22:20，风电，风电0MW，用电负荷，用电负荷8336MW)。 风电出力风电出力 曲线特点曲线特点 由于存在地理分散效应，各由于存在地理分散效应，各地风况各不相同，因此八个风电地风况各不相同，因此八个风电场出力加总的结果是总出力曲线场出力加总的结果是总出力曲线更加平滑。更加平滑。 20092009年年全网风电出力全网风电出力主要集中在主要集中在2-352-35装装机容量区间，出现时机容量区间，出现时间频率为间频率为7171，35-6535-65装机容量区间出现装机容量区间出现时间频率为时间频率为2121，65%65%以上装机容量出现时以上装机容量出现时间频率分别为。间频率分别为。0 02020404060608080100100频率频率 （%)%)0%0%26 26 32 32 30 30 13 13 6 6 35%35%49 49 38 38 47 47 61 61 71 71 65%65%20 20 27 27 18 18 24 24 21 21 95%95%5 5 4 4 5 5 2 2 1 1 100%100%0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 玉门玉门瓜州瓜州白银白银河西河西全网全网时时 段段电电 量量比比 例例0:00-6:000:00-6:00530425304244%44%6:00-12:006:00-12:00216992169918%18%12:00-18:0012:00-18:00220952209519%19%18:00-24:0018:00-24:00220952209519%19%日发电量在日发电量在0:00-6:000:00-6:00所占比例达到所占比例达到4444 2010年年16月，甘肃电网新投月，甘肃电网新投国投敦煌国投敦煌和中广和中广核敦煌两座光伏电站，并网容量达到核敦煌两座光伏电站，并网容量达到13MW，完成，完成光伏发电量万光伏发电量万kWh，同比增加，同比增加1123。n5 5月月8 8日国投敦煌日国投敦煌2MW2MW光伏电站与洁源向阳风电场出力对光伏电站与洁源向阳风电场出力对比比1、保证容量：、保证容量：把负荷高峰时段的风电出力从小到大排序，在某一保证把负荷高峰时段的风电出力从小到大排序，在某一保证率（如率（如95%）下风电的最小出力。）下风电的最小出力。 主要用于衡量在进行电力平衡分析时风电可为系统提供的容量。主要用于衡量在进行电力平衡分析时风电可为系统提供的容量。酒泉：小于酒泉：小于2.0%，电力平衡时发挥的作用基本可以忽略。，电力平衡时发挥的作用基本可以忽略。2、有效出力：、有效出力：把负荷低谷时段的风电出力从小到大排序，在某一保证把负荷低谷时段的风电出力从小到大排序，在某一保证率（如率（如95%）下风电的最大出力。）下风电的最大出力。 主要用于衡量在负荷低谷时段风电大发时对系统调峰容量的需求。主要用于衡量在负荷低谷时段风电大发时对系统调峰容量的需求。酒泉：大于酒泉：大于60.0%，有效出力高，增加了系统调峰的难度。，有效出力高，增加了系统调峰的难度。风电功率预测系统风电功率预测系统n2009年底，风电功率短期预测系统正式上线。年底，风电功率短期预测系统正式上线。n误差误差20%左右，受天气预报、限电、风机故障数据样本左右，受天气预报、限电、风机故障数据样本的影的影响。响。风电功率预测系统功能规范（试风电功率预测系统功能规范（试 行）行）国家电网公司调度通信中心国家电网公司调度通信中心n前前 言言n1 1、范围、范围n2 2、术语和定义、术语和定义n3 3、数据准备、数据准备n4 4、数据采集与处理、数据采集与处理n5 5、风电功率预测、风电功率预测n6 6、统计分析、统计分析n7 7、界面要求、界面要求n8 8、安全防护要求、安全防护要求n9 9、系统输出接口、系统输出接口n1010、性能要求、性能要求n附录附录A A 误差计算方法误差计算方法n风电功率预测风电功率预测Wind Power Forecasting 以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风电场风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，得到风电场未来的输出功率；预机组的设备状态及运行工况，得到风电场未来的输出功率；预测时间尺度包括短期预测和超短期预测。测时间尺度包括短期预测和超短期预测。n短期风电功率预测短期风电功率预测Short Term Wind Power Forecasting 未来未来3天内的风电输出功率预测，时间分辨率不小于天内的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。n超短期风电功率预测超短期风电功率预测Ultra-short Term Wind Power Forecasting 0h4h的风电输出功率预测，时间分辨率不小于的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。 性能要求性能要求n电网调度机构的风电功率预测系统应至少可扩容至电网调度机构的风电功率预测系统应至少可扩容至200个风电场。个风电场。n风电功率预测应不受风电场机组检修和扩建限制，即风电场任风电功率预测应不受风电场机组检修和扩建限制，即风电场任何运行状态皆可进行功率预测。何运行状态皆可进行功率预测。n风电功率预测模型计算时间应小于风电功率预测模型计算时间应小于5min。n单个风电场短期预测月均方根误差应小于单个风电场短期预测月均方根误差应小于20%。超短期预测第。超短期预测第4h预测值月均方根误差应小于预测值月均方根误差应小于15%。n均方根误差（均方根误差（RMSERMSE）n平均绝对误差（平均绝对误差（MAEMAE）n相关性系数（相关性系数（r r） （负荷预测（负荷预测RMSERMSE，分母，分母上是实测值，而此处是上是实测值，而此处是固定大数固定大数CapCap，经常用装，经常用装机容量代替）机容量代替） PMi为为i时刻的实际时刻的实际功率，功率，PPi为为i时刻的预时刻的预测功率，测功率， PM为所有样为所有样本实际功率的平均值，本实际功率的平均值， PP为所有预测功率样本为所有预测功率样本的平均值，的平均值，Cap为平均为平均开机容量，开机容量，n为样本个为样本个数。数。调度系统短期负荷预测准确率考核实施细则调度系统短期负荷预测准确率考核实施细则（试行）（试行）四、有关问题四、有关问题 随着风电大规模集中开发，对电网安全稳定运行带来的影响，随着风电大规模集中开发，对电网安全稳定运行带来的影响，调节困难。调节困难。u制约风电接入系统的问题包括系统稳定、潮流、电压、电能质量、低制约风电接入系统的问题包括系统稳定、潮流、电压、电能质量、低谷调峰等问题；谷调峰等问题；u导致电网最大可接纳风电容量可能低于当前风电总装机容量。导致电网最大可接纳风电容量可能低于当前风电总装机容量。 为了保证电网的安全，调度运行人员往往将风电场的出力限制在一为了保证电网的安全，调度运行人员往往将风电场的出力限制在一个较小的范围。个较小的范围。在调度与控制方面在调度与控制方面n调度员的工作强度和复杂性加大，调度员的工作强度和复杂性加大，n人工调度控制方式：有以下三大人工调度控制方式：有以下三大不足不足 -有功控制不及时有功控制不及时 -容易造成发电分配不公容易造成发电分配不公 -有功控制调整慢有功控制调整慢n结合甘肃嘉酒地区千万千瓦级风结合甘肃嘉酒地区千万千瓦级风电基地建设，考虑嘉酒电网与甘电基地建设，考虑嘉酒电网与甘肃主网联系相对薄弱，合作研制肃主网联系相对薄弱，合作研制了开发了了开发了大型集群风电有功智大型集群风电有功智能控制系统能控制系统。风电有功功率控制的基本思路 风电有功功率控制的基本思路n风电由于风力的间歇性和随机性，精确预测难度非常大，在从电风电由于风力的间歇性和随机性，精确预测难度非常大，在从电网的角度进行有功功率控制中，难以像火电、水电等其他常规电网的角度进行有功功率控制中，难以像火电、水电等其他常规电源一样做到随时按照电网调度的要求在指定出力下运行，而且为源一样做到随时按照电网调度的要求在指定出力下运行，而且为了有效利用风资源，必须尽可能保证风电出力的最大化。了有效利用风资源，必须尽可能保证风电出力的最大化。风电有功功率控制有两种思路：风电有功功率控制有两种思路：n一是最大出力控制模式：一是最大出力控制模式：即在保证电网安全稳定的前提下，即在保证电网安全稳定的前提下，根据电网风电接纳能力计算各风电场最大出力上限值，根据电网风电接纳能力计算各风电场最大出力上限值，风电场低于上限值时处于自由发电状态（爬坡速率必须风电场低于上限值时处于自由发电状态（爬坡速率必须满足要求），超出本风场上限值时，可根据其他风场空满足要求），超出本风场上限值时，可根据其他风场空闲程度占用其他风场的系统资源，以达到出力最大化的闲程度占用其他风场的系统资源，以达到出力最大化的目标；目标；n二是出力跟踪模式：二是出力跟踪模式：即以各风电场风当前的功率预测为依即以各风电场风当前的功率预测为依据（风电场就地监控系统能根据当前的风速、风力、风据（风电场就地监控系统能根据当前的风速、风力、风向，预测出当前可能达到的最大功率），经电网安全校向，预测出当前可能达到的最大功率），经电网安全校核后的下发各风电场发电计划，各风电场必须实时跟踪核后的下发各风电场发电计划，各风电场必须实时跟踪发电计划进行有功功率的调整。发电计划进行有功功率的调整。系统总体结构系统总体结构其他问题其他问题机组性能不满足并网技术要求机组性能不满足并网技术要求系统扰动（短路）时，大规模跳机。系统扰动（短路）时，大规模跳机。 实例：实例：750kV系统试验中，空投变压器，酒泉已经投运系统试验中，空投变压器，酒泉已经投运风电场全部切机。风电场全部切机。 2010年年10月月8日，日，750kV敦煌变做试验，用敦煌变做试验，用330kV 系统系统给给750/330/66kV变压器充电，变压器充电，110kV系统电压瞬间下降到系统电压瞬间下降到7080kV，瓜州，瓜州6个风电场全部跳机，低电压保护动作。玉个风电场全部跳机，低电压保护动作。玉门风电场降出力或切机，风电出力突降约门风电场降出力或切机，风电出力突降约20万。万。 据了解，充电正常后，电网无异常，保护也未发现异据了解，充电正常后，电网无异常，保护也未发现异常。常。 原因正在进一步分析中。原因正在进一步分析中。 中国风电发展进入了快车道，但与发达国家相比有不小差距。风电中国风电发展进入了快车道，但与发达国家相比有不小差距。风电整体效益水平低。政策激励不足或不对称，电网与风电规划脱节，风电送出建整体效益水平低。政策激励不足或不对称，电网与风电规划脱节，风电送出建设投资大，支持力度小，收益低甚至亏损。设投资大，支持力度小，收益低甚至亏损。n目前制约甘肃风电等新能源发展的主要矛盾是电网薄弱，输送能力有限。目前制约甘肃风电等新能源发展的主要矛盾是电网薄弱，输送能力有限。n风电电力电量必须要在更大范围消纳，需要有国家级消纳方案。风电电力电量必须要在更大范围消纳，需要有国家级消纳方案。n甘肃迫切需要加快甘肃迫切需要加快750kV750kV骨干网架和特高压直流风电送出通道建设，在更大范骨干网架和特高压直流风电送出通道建设，在更大范围消纳风电，才能保证可再生能源的持续发展。围消纳风电，才能保证可再生能源的持续发展。 五、结束语五、结束语n长远必须加快坚强智能电网建设。长远必须加快坚强智能电网建设。 各种智能电网技术综合应用：各种智能电网技术综合应用： TCSCTCSC等提高输送能力的等提高输送能力的FACTSFACTS。 调度技术、高精度风电功率预测。调度技术、高精度风电功率预测。 需求响应，响应风电功率预测的高载能需求响应，响应风电功率预测的高载能负荷。负荷。 储能技术，抽水蓄能、蓄电池、储能技术，抽水蓄能、蓄电池、PHEVPHEV、其他能源互补。其他能源互补。 为各科研院所，大专院校，相关企业及为各科研院所，大专院校，相关企业及广大科技人员提供了挑战，更是机会。广大科技人员提供了挑战，更是机会。n根本措施根本措施长远目标长远目标 更大的可再生能源（风电更大的可再生能源（风电+ +光伏）光伏） 加快西北开发建设加快西北开发建设缩小东西部缩小东西部差距。差距。 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