2024江苏千万千瓦级海上风电并网稳定评估技术及应用报告
国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 江苏万干瓦级海上风电井网 稳定评估技术及应用 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 任必兴 2024年5月 目 录 ICONTENTS 海上风电发展 2问题与挑战 3国网公司海上风电实验室主要工作及成效 1海上风电发展 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 我国海上风电可开发规模约5亿干瓦，装机规模位居世界第一 江苏规划了世界首个“近海、中远海”双干万干瓦级海上风电基地，自前 装机规模1200万千干瓦，位居全国第一 江苏1200 山东英国 中国广东 630 德国 浙江 福建230 2600 福建荷兰 万干瓦浙江190 其他其他350单位：万千瓦 大规模海上风电基地风能资源 ★已建成★规划低中高 3 目 录 ICONTENTS 海上风电发展 2问题与挑战 3国网公司海上风电实验室主要工作及成效 2.1典型特征与问题 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 长距离海缆接入，多类并网接入方式并存； 与陆上风电相比：低频、柔直等柔性送出源网控制特性复杂； 规模化风电接入电网的潮流时空分布多变。 换流站换流站升压站 区外交流柔性直流并网 受端 换流站升压站 低频交流并网 区外直流电网 升压站 工频交流井网 区外交流 5 2.1典型特征与问题 海上风电随机性强、可控性弱，对电网友好性差 大规模并网易导致：风电弃风、停电事故 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 2019.8.9英国海上风电不能支撑电网运 全球平均弃风率17%行引发大停电（二十年来最严重） （国际可再生能源署IRENA） 中 年弃风电量超50亿度 相当于160万户家庭年用电量 6 2.2江苏电网稳定运行挑战 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 江苏新能源快速发展，电量占比达14%，新能源发展水平即将迈入国际 能源署定义的第三阶段电网安全稳定运行面临诸多挑战 根据发电量占比将新能源 当前新能源6500万千瓦发展水平划分为4个阶段 装机占比33%，电量占比14% 第四阶段 第三阶段江苏33% （“十五五” 2025年 新能源8000万千瓦 装机占比38%，电量占比20% 第一阶段 第二阶段 日本江苏 江苏20% “十四五” 英国德国 (11%) 美国(29%)(32%) (14%) 2030年 新能源1.5亿千瓦0%3%15%25%35% 装机占比55%，电量占比33%第三阶段：供需平衡难度更大：第四阶段：电网稳定性面临挑战 7 目 录 ICONTENTS 海上风电发展 2问题与挑战 3国网公司海上风电实验室 主要工作及成效 8 国家电网 3.1实验室定位STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 聚焦大规模风电接入难题，开展海上风电并网生产支撑与技术攻关，支撑 江苏双干万干瓦级海上风电安全高效消纳，服务新型电力系统建设。 风机调得稳风场控得准电网用得掉 风机精准建模惯量频率支撑电网潮流优化控制变速变浆协同控制风功率高精度预测宽频振荡风险防控 9 3.2实验室发展历程 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 国家电网国家电网 国家风电技术与检测研究中心海上风电并网技术 新能源及并网检测技术 江苏分中心标准验证实验室国家电网公司实验室 国家电网有限公司SuteGneCanasenLahen 2013年20202023年 八事2019年2022年 江苏省 记 海上风电设计制造与友好群网工程研执中心 国家电國 实验室 THELAB MEMORABILIA 中远海风电柔性并网与协同控制 DESKNAMANUEACTUINKGANDWINDPONERENTECRATIO科技攻关团队 江苏省发展和改革委员会国家电网有限公司 10 3.3实验室组成 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 低频输电试验区 大丰试验区 风电井网现场检测装备区 海上风电并网技术实验室 海上风电并网技术实验室 海缆状态检测实验区大丰试验检测区 11 目 录 ICONTENTS 海上风电发展 2问题与挑战 3国网公司海上风电实验室 主要工作及成效 新能源友好井网评价技术体系极端气象海上风电爬坡预测平抑海上风电井网宽频振汤风险防范 12 4.1新能源友好并网评价体系构建 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 问题挑战创新工作亮点成效 新能源出力不确 调度 管理支撑新能源科学友好调度智能化、定制化输出新能 运行友 定性高，新能源场站：涉网友好性评价 基础管理评价运行特性评价并网安全评价源运行特性分析专题报告 好性不足 新能源占比逐年 友好性 评价 运行监测 全网分区、分时段全面评 攀升，友好消纳运行友好性分析古新能源消纳水平及提升 友好性 压力加大分析 新能源涉网友好 消纳测算 综合评价场站涉网特性 性差异大，科学调控云其他平台科学指导新能源友好调度 调度决策困难 数据光伏数据风电数据负荷数据电网数据功率要测惯量评估短路比电能质 入选2023年国家电网调度运行典型经验 涉网评价 13 4.1新能源友好网评价体系构建 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 科学认知全省新能源运行友好性。构建新能源运行友好性分析指标体系，融合新能源、电网、负荷运行数据，实现新能源运行友好性量化分析。 科学评估全省新能源友好消纳水平。综合系统调峰、电网潮 流、方式安排等多因素，测算制约新能源消纳的关键瓶颈，实现 友好消纳能力量化评估， 科学评价全省新能源涉网发好性。创新提出新能源涉网发好性评价体系，开展基础管理、运行特性、并网安全综合评价，支 撑新能源有序调度。 14 目 录 ICONTENTS 海上风电发展 2问题与挑战 3国网公司海上风电实验室 主要工作及成效 新能源友好并网评价技术体系极端气象海上风电爬坡预测平抑海上风电井网宽频振荡风险防范 15 国家电网 4.2极端气象海上风电爬坡测平抑STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 台风、强风暴等极端气象事件频繁侵袭江苏沿海地区，极端气象易引发风 电功率短时间大幅变化，即发生爬坡事件 国内外典型爬坡事件 常用定义时间地点爬坡事件 (t,t+△t）时间段的首未时刻功 率之差的超过给定值。 2008.2 美国德克萨斯风电场发生爬坡事件，造成频率 下降至59.85Hz1150MW负荷被切除 △P=P.(t+△t)-Pw(t)>△Puthreshold=0.2Puwn 2016.9 澳大南澳洲9座风电场脱网导致大量电负荷 利亚造成南澳电网全停。 △Pw=Pw(t,t+△t)-Pw(t)<△Pwthreshold=-0.15PwN受“利奇马”台风影响，江苏沿海、海 2019.8中国上风电场切机容量最大达160万干瓦，给 Gallego-CastilloC,Cuerva-TejeroA,Lopez-GarciaO Areviewontherecenthistoryofwindpowerramp电网调频、调峰带来较大影响。 forecasting[J.RenewableandSustainableEnergy Reviews,2015,52:1148-1157. 16 4.2极端气象海上风电爬坡预测平抑 口技术对比分析 单点值预测：基于气象因素直接给出 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 寝测 对应时刻确定性预测值。 不足：单点法较难描述风电功率的不确定与 风电功率/MW 概率预测区间 随机性，难以应对功率波动性较大的情况，容单点法存在漏报 易造成海上风电爬坡事件的漏报时间20 单点法爬坡预测结果 概率预测修正：基于无参数概率法获得各时刻风电功率概率分布或区间，结合蒙特卡罗采样，将各时刻概率预测区间拟合成确定值。 100 50 风电功率 40 真实值 概率预测拟合值 概率预测区间 优势：刻画了极端天气下的风电功率不确定20 性，并通过采样去除模型随机性，得到更精确 概率法不存在漏报 的风电功率预测，有效避免爬坡事件的漏报。 15时间20 概率法爬坡预测结果17 4.2极端气象海上风电爬坡预测平抑 口海上风电功率预测分析 概率修正法的功率预测精度满足 概率预测区间示意 200单点法 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 标准要求。相较于单点值法，概率修概率修正法 正法预测精度更高， 分类时间尺度标准要求* 风150 单点概率修100 值法正法 真实值 超短期 中短期 电功率/MW 15分钟≥97%97.2%98.0%50 第4小时 ≥87% 87.2% 89.2% 第 次日≥90%90.1%91.6%O 第十日≥70%71.0%73.1% *《江苏电力并网运行管理实施细则》（苏监能市场（2022）53号） 11月1日00:0011月1日06:40 时间11月1日13:20 合格率=(1- PM-Pp ×100% 风电场功率预测曲线图 Cap18 4.2极端气象海上风电爬坡预测平抑 口海上风电爬坡预测分析 概率修正法能够有效预测海上风电功率爬坡，预测精度超90%。 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 爬坡预测精确度指标Acc参照功率预测的合格率指标 TP指预测准确的爬坡数量 Acc: TP+TN TP+TN+EP+EN TN指预测的未爬坡数量 FP指误报的爬坡事件数量 FN指漏报的爬坡事件数量 合格率=(1.LPa-Pal Cap )×100% ACC指标单点值法概率修正法方法分类预测精度 76.0% TP 180 261 TN 2294 2386 FP 259 151 FN 147 82 Acc 85.9% 92.2% 单点值法 概率修正法92.0% 19 4.2极端气象海上风电爬坡预测平抑 口爬坡平抑策略 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 综合火电、储能爬坡速率及度电成本因素，提出风电场爬坡平抑及电网综 场站级平抑自标：风电并网功率波动幅度小于爬坡事件设定值 系统级平抑目标：综合线路负载率、弃风率、弃负荷率等指标的网络综合风险最低。 场站级平抑：平抑风功率并网爬坡系统级平抑：减少系统影响 场站级平 采用风险指标：系统级平抑目标： ②爬坡平抑目 抑目标：切负荷风险定义网络综合风险标： 风机出力发生爬坡 并网功率波动小于爬坡 调度储能调整定义 线路负载风指标F：极端气象下网 险F=络风险指标最 风电弃风风α×Ldα+β×TR小（min(F) 险+π×Wα 20 4.2极端气象海上风电爬坡预测平抑 口爬坡平抑策略 各资源调用成本场站侧资源动作优先级电网侧资源 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 风电场 风电场站 火电出电网侧 电网侧 火电深 资源类型折合燃料成本站储能储能充电火电出 力达到储能充 储能充火电深 调极限 充电达最大功 就地平 力下调 深调点电 电达最调 燃煤0.33元/度率 抑后的并网功 大功率 储能0.39元/度 燃煤深调1.36元/度 平抑海上风电波动 率增量 抑制电网风险 上爬坡事件下的爬坡平抑策略 场站侧资源动作优先级电网侧资源 各资源调节爬坡速度 风电场 放电 站储能 风电场站 储能放电火电出 火电出电网侧 力达到储能放 电网侧 储能放 资源类型爬坡速度 燃煤 达最大功 率 就地平 抑后的并网功 力上调 上限电 电达最 大功率 2%Pn/min率增量 平抑海上风电波动抑制电网风险 储能 下爬坡事件下的爬坡平抑策略 Pn/min 21 目 录 ICONTENTS 海上风电发展 2问题与挑战 3国网公司海上风电实验室 主要工作及成效 新能源友好并网评价技术体系极端气象海上风电爬坡预测平抑海上风电井网宽频振荡风险防范 22 4.3海上风电并网宽频振荡风险防范 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司 “双高”电力系统建设背景下，新能源大规模接入带来数Hz至数干Hz的 新型振荡稳定问题。江苏海上风电及近区电网宽频振荡问题日益显现 电
