T/CERS 0066-2024 T/EPTC 004-2024 构网型风力发电机组技术规范

构网型风力发电机组技术规范总结

本文件《构网型风力发电机组技术规范》（T/CERS 00662024/T/EPTC 004-2024）由中国能源研究会和中关村智能电力产业技术联盟发布，旨在规范构网型风力发电机组（GFWG）的技术性能，提升其在电力系统中的频率和电压支撑能力，促进风电并网的稳定性和安全性。以下为详细总结，结构丰富，覆盖文档各核心部分。总结基于文档内容，并严格遵循文档中的图片标签规则（仅当内容相关时嵌入图片）。

• ​​目的与意义​​：构网型风力发电机组通过模拟同步发电机电压源特性，提供频率和电压主动支撑能力，弥补传统风电并网缺陷。该标准旨在统一技术规范，确保GFWG在弱电网、故障穿越等场景下的安全稳定运行，推动新能源高效利用和新型电力系统构建。
• ​​背景​​：全球能源转型背景下，风电装机量激增，但传统风电机组缺乏主动支撑能力，导致电网稳定性问题。构网型技术应运而生，但国内外缺乏统一标准。本文件的制定填补了这一空白，结合GB/T 1.1-2020等标准起草，历时一年半（2023年立项至2024年报批），由国网冀北电力有限公司等多家单位协作完成。
• ​​适用范围​​：适用于并入10kV及以上电压等级电网的构网型风电机组。10kV以下分散式或微电网孤网运行的机组可参考执行。

本文件引用多项国家标准和行业标准，包括：

• ​​电能质量相关​​：如GB/T 12325-2008（电压偏差）、GB/T 12326-2008（电压波动和闪变）、GB/T 15543-2008（三相电压不平衡）、GB/T 15945-2008（频率偏差）。
• ​​风电并网相关​​：如GB/T 19963.1-2021（风电场接入技术规定）、GB/T 36994-2018（电网适应性测试）、GB/T 36995-2018（故障电压穿越测试）。
• ​​测试与评估​​：如GB/T 20320-2013（电能质量测量方法）。

文档定义了9个核心术语，确保技术一致性：

• ​​构网型风力发电机组（GFWG）​​：通过模拟同步机电压源特性实现与电网同步，输出功率与电压特性类似同步机。
• ​​有功调频系数（K_f）​​：有功功率变化率标幺值与频率变化量标幺值的比值，计算公式为 K_f = -\frac{\Delta P / P_N}{\Delta f / f_N}，用于量化GFWG的频率响应能力（\Delta P为功率变化量，P_N为额定功率，\Delta f为频率变化量）。
• ​​无功调压系数（K_v）​​：无功功率变化率标幺值与电压变化量标幺值的比值，计算公式为 K_v = -\frac{\Delta Q / S_N}{\Delta U / U_N}（\Delta Q为无功变化量，S_N为额定容量，\Delta U为电压变化量）。
• ​​惯性时间常数（T_j）​​：有功功率变化率标幺值与频率变化率标幺值的比值，计算公式为 T_j = -\frac{\Delta P / P_N}{df/dt / f_N}，反映GFWG的惯量响应特性。
• ​​其他术语​​：如惯量响应、有功调频启动时间/响应时间/调节时间、机端短路比（SCR），均提供量化定义（如SCR为升压变低压侧短路容量与额定容量比）。

GFWG需满足两大基本功能：

• ​​同步基本功能​​：不依赖锁相环（PLL）即可与电网同步。
• ​​功率控制基本功能​​：符合GB/T 19963、NB/T 31078等标准的有功和无功功率控制要求，确保基础并网性能。

GFWG需具备7项核心功能，确保在各种电网条件下稳定运行：

• ​​基本功能​​：集成弱电网运行、相位跳变适应、一次调频、无功调压、惯量响应、动态稳定（阻尼控制）和故障穿越。
• ​​弱电网运行​​：在机端短路比（SCR）1.1~10的弱电网条件下，连续稳定运行（SCR反映电网强度）。
• ​​相位跳变适应​​：承受机端电压相位跳变≤30°的扰动，不脱网。
• ​​一次调频​​：当系统频率偏差超出死区（±0.03~0.1 Hz）且机组有功功率>20%P_N时，自动调节有功功率以支撑频率。
• ​​无功调压​​：当电压偏差超出死区时，自动调节无功功率。
• ​​惯量响应​​：当系统频率变化率超出死区时，自动输出有功功率变化（基于T_j）。
• ​​动态稳定​​：提供正阻尼，抑制功率振荡（如49Hz以下和51Hz以上频段）。
• ​​故障穿越​​：符合GB/T 36995的低/高电压穿越要求，响应时间≤20ms（容性）或≤15ms（感性）。

对关键功能设定具体性能指标，确保可量化测试：

• ​​一次调频​​：
  • 有功调频系数K_f范围为10~50（可依系统调整）。
  • 功率限幅：频率>50Hz时，减功限幅宜为10%P_N；频率<50Hz时，增功限幅宜为6%P_N。
  • 时间要求：启动时间≤500ms，响应时间≤5s，调节时间≤15s，功率偏差≤±1%。
  • 示例曲线如下（图示一次调频响应过程）：
• ​​无功调压​​：
  • 支持多种模式：电压无功下垂控制、恒功率因数、恒无功功率，可在线切换。
  • 下垂控制下，K_v范围12.5~33.3；响应时间≤50ms，控制偏差≤±2%S_N。
• ​​惯量响应​​：
  • 惯性时间常数T_j范围为0s~12s（可调整）。
  • 时间要求：响应时间≤100ms，上升时间≤200ms，调节时间≤500ms，偏差≤±2%P_N。
• ​​阻尼控制​​：在49Hz以下和51Hz以上频段提供正阻尼，确保振荡衰减。
• ​​故障穿越​​：在低/高电压穿越基础上，动态无功电流响应时间≤20ms（容性）或≤15ms（感性）。

• ​​背景​​：风电作为清洁能源主体，缺乏主动支撑能力，导致电网稳定性风险。构网型技术可模拟同步机特性，但需标准化以规范设计、测试和运行。
• ​​编制原则​​：遵循先进性、协调性、可操作性，借鉴国内外标准（如IEC Grid Code），确保技术经济合理。
• ​​重要性​​：提升风电场电网适应性，增强频率/电压支撑，促进可再生能源高比例消纳。预计实施后将推动行业技术创新（如控制器半实物测试），提高电网安全性和风电利用率。

本技术规范为构网型风电机组提供了全面框架，涵盖定义、功能、性能和测试要求。核心贡献包括：

• ​​技术统一​​：明确定义和量化指标（如K_f、K_v、T_j），避免行业歧义。
• ​​功能强化​​：强调弱电网和故障穿越能力，确保GFWG在扰动下稳定运行。
• ​​性能可测​​：设定严格时间响应（如一次调频启动≤500ms）和偏差限值，便于实验室及现场验证。
• ​​行业影响​​：引导构网型风电规范化发展，支撑新型电力系统建设，推动能源低碳转型。

如需特定部分（如测试程序或条文说明）的细节，可进一步说明。