基本介紹
- 中文名：大規模風力發電併網基礎科學問題研究
- 外文名：Integration of Large Scale Wind Power into Electric Power System
- 起止時間：2012.1-2016.8
- 首席科學家：袁小明
- 第一承擔單位：華中科技大學
- 項目編號：2012CB215100
立項依據,擬解決問題,預期目標,項目進展概況,
立項依據
國家重大需求
為應對日益緊迫的能源安全和環境惡化問題，我國政府2009年11月提出了到“2020年非化石能源占一次能源需求15%左右和單位GDP二氧化碳排放降低40%-45%戰略目標。國家能源局已提出我國風電裝機容量2015年應達到9000萬千瓦、2020年應達到1.5億千瓦的目標。併網問題是實現我國風電發展預期目標的主要科學技術障礙。
在現有的規模下，我國併網風電已經面臨比較明顯的電源結構和運行穩定等問題。隨著我國風電併網規模的持續快速擴大，更加複雜和深層次的問題預期將不斷出現。遠距離、大規模、高集中度風電併網的理論基礎仍然薄弱、關鍵核心技術亟需突破。系統地開展針對遠距離、大規模、高集中度風電併網問題的基礎理論和核心技術研究，有利於實現我國風電發展預期目標，促進我國大規模風電併網研究工作走向國際前列、引領世界潮流。
科學技術挑戰
基於上述風電出力及其動態特性的特點，大規模風電併網對電力系統安全可靠運行的挑戰主要體現在以下兩個方面：
科學挑戰一：風力發電出力的波動性和不確定性對電力系統供電充裕性的挑戰。風力發電出力的波動性和不確定性對電力系統電源的快速回響能力（即電源結構的靈活性）、以及相應的電源規劃和運行調度的理論和方法提出了新的挑戰。
科學挑戰二：風力發電出力動態特性的功率弱支撐性、同步強隨動性和暫態弱生存性對電力系統安全穩定性的挑戰。 風機的功率弱支撐性、同步強隨動性、及暫態弱生存性等與常規同步發電機不同的動態特性，使得大規模風電併網後，電力系統運行的安全穩定性面臨新的挑戰。
項目研究的科學意義
項目圍繞含遠距離、大規模、高集中度風電的電力系統供電充裕性和安全穩定性問題，開展區域風電出力預測、風機機電控制及同步併網機制、電力系統規劃和調度以及穩定和控制的研究。其科學意義在於：
（1）揭示區域風電出力多時空尺度爬坡特徵受氣象事件的時空特徵、尤其地理分布集中度及區域風電場出力相關性等因素影響的規律性，闡明這種特徵與負荷爬坡特徵、常規發電爬坡能力、儲能及負荷需求回響等對電力系統供電充裕性影響的規律。
（2）揭示風機不同於同步發電機的動態特性(功率弱支撐性/同步強隨動性/暫態弱生存性)、以及遠距離大規模風電併網情況下風機間及其與同步發電機間的動態耦合對電力系統頻率穩定、電壓穩定、同步穩定、及暫態穿越/保護等對電力系統安全穩定性影響的規律。
擬解決問題
本項目針對風力發電出力的強波動性、出力動態特性的功率弱支撐性/同步強隨動性/暫態弱生存性等特點，結合我國風電大規模高集中開發模式的特點，以保障電力系統供電充裕性和運行安全穩定性為目標，集中解決以下兩個關鍵的科學問題：
科學問題一：含波動性和不確定性風電電力系統的電源規劃和運行調度理論與方法。
圍繞科學問題一，研究以下兩個內容：
（1）大規模高集中度風電場出力多時空尺度爬坡特徵分析、預測與控制；
（2）含大規模高集中度風電的電力系統電源規劃/調度與供電充裕性。
科學問題二：含弱支撐性/強隨動性/弱生存性風電電力系統的控制和保護理論與方法。
圍繞科學問題二，研究以下三個內容：
（3）遠距離大規模風電的有功/無功功率控制與電力系統頻率及電壓穩定；
（4）遠距離大規模風電的機電功率控制及同步併網機制與電力系統同步穩定；
（5）遠距離大規模風電的故障穿越及電力系統故障保護遠。
同時，鑒於儲能在應對以上兩個關鍵科學問題的潛力, 本項目也包含以下研究內容：
（6）距離大規模高集中度風電併網的儲能需求評估及協調控制。
預期目標
本項目結合我國遠距離、大規模和高集中度風電開發模式的特點，以含大規模風電的電力系統為研究對象，從供電充裕性、運行安全穩定性兩個層面開展系統深入的研究，揭示風電出力的波動性和不確定性對供電充裕性影響的規律、和風電出力不同於同步發電機的動態特性及其對電力系統安全穩定性影響的規律，提出風電出力預測、電力系統電源規劃和調度、風機及同步發電機協調最佳化控制、風機故障穿越和系統保護的理論和方法，突破大規模風電併網的關鍵核心技術。
通過本項目的研究，為實現電力系統供電充裕性從靜態出力預測和管理拓展到出力爬坡預測和管理、安全穩定性從多機動態弱耦合下的穩定延伸到多機動態強耦合下的穩定提供理論基礎，提高我國電網接納大規模風電的能力，提升我國風電設備產業的自主創新水平，培養風電併網領域具有國際影響力的學術領軍人物和研究骨幹人才。
項目進展概況
2012年2月26日，國家重點基礎研究發展計畫（973計畫）“大規模風力發電併網基礎科學問題研究”啟動會議武漢華中科技大學舉行，國家科技部高技術研究發展中心副主任張延東，南方電網技術中心李立浧院士，中國科學院電工研究所顧國彪院士，華中科技大學楊勇副校長、潘垣院士、程時傑院士等出席了會議。會議由華中科技大學科學技術發展院副院長夏松主持。張延東在發言中強調了“大規模風力發電併網”項目的重要性，首席科學家袁小明教授做了“大規模風力發電併網基礎科學問題研究”項目總體報告。6個課題負責人分別介紹了各課題的研究方向、技術突破、研究難點和研究進展，與會專家對項目內容和各課題報告進行了認真討論，對存在的疑問提出了自己的見解。程時傑院士主持了會議總結。在總結中，與會專家對項目中的創新技術研究給予高度評價，肯定了項目的研究方向、研究路線及預期目標，建議在下一步的項目研究發展中注重建立有效的管理機制，並結合實際將研究方向進行適當的拓展與延伸，增加項目內容的普遍性。
