淺析新能源對電網的影響

李書雄　劉飛　劉海江　劉海洋

摘 要：隨著環境污染等問題的日益突出，國家開始提倡新能源使用，新能源的安全穩定使用也成為全球各行業關注的熱點。發展新能源，推進國家電網電力的戰略轉型，而大規模地推廣新能源在電網中的應用，在節能的同時也存在一定的安全穩定影響，所以如何安全穩定地將新能源應用到電網建設中，已經成為目前電力行業必須重視和思考的問題。

關鍵詞：新能源；電網建設；安全穩定

中圖分類號：TM715 文獻標志碼：A

甘孜地區風能、太陽能等資源豐富、開發潛力大，具有良好的發展前景。與水電、火電等常規電源相比，風能、太陽能等新能源發電最根本的不同點在于其有功出力的隨機性、間隙性、波動性。這一特點造成了新能源大規模開發面臨接入、調度機消納等一系列復雜的技術經濟問題。為妥善解決這些問題，需做好新能源出力特性、負荷特性、機組性能和外送通道等影響電網穩定運行能力的相關研究。目前，并入甘孜地區并網的光伏發電已達到150MW。根據規劃，未來5年甘孜地區將有較多風電、光伏電站建成并網國家電網。為更好地掌控甘孜電網運行特性，更深入研究新能源對電網影響的問題分析。

1 研究目的及計算方法

1.1 研究目的

通過潮流計算，分析新能源電源接入電網對220kV甘孜站220kV母線及110kV石渠、白玉站110kV母線電壓的影響。

1.2 計算方法

甘孜電網計算分析使用四川電網數據由省公司下發提供。計算網絡的甘孜部分在2017年運行網絡基礎上，增加了已收集未來3～5年規劃的風電、光伏發電電源。

穩定計算校核標準按照《電力系統安全穩定導則》要求進行。為突顯故障設備對電網沖擊，重要線路故障設置皆按三相短路故障，三相跳閘考慮；水電站220kV單回并網線路按單瞬故障考慮；故障動作間隔時間按《電力系統安全穩定導則》設定。

2 新能源對電網的影響分析

針對新能源規劃接入甘孜站，光伏并網運行情況下，大、小方式中光伏各種出力方式進行了計算，分析其對系統電壓的影響，具體潮流作業見表1。

2.1 枯大方式潮流下，光伏0%出力（潮流作業號5010）

枯大方式潮流下，光伏0%出力，甘孜站220kV母線電壓為227.16kV，電壓在合格范圍內，石渠站110kV母線電壓為105.36kV，電壓偏下限運行。

2.2 枯大方式潮流下，光伏50%出力（潮流作業號5011）

枯大方式潮流下，光伏50%出力，甘孜站220kV母線電壓為222.97kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降4.19kV；石渠站110kV母線電壓為103.58kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降1.78kV 。

2.3 枯大方式潮流下，光伏100%出力（潮流作業號5012）

枯大方式潮流下，光伏100%出力時，甘孜站220kV母線電壓為213.28kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降4.19kV；石渠站110kV母線電壓為103.58kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降1.78kV。

2.4 枯小方式潮流下，光伏0%出力（潮流作業號5013）

枯小方式潮流下，光伏0%出力時，甘孜站220kV母線電壓為230.06kV，電壓在合格范圍內；石渠站110kV母線電壓為113.43kV，電壓在合格范圍之內。

2.5 枯小方式潮流下，光伏50%出力（潮流作業號5014）

枯小方式潮流下，光伏50%出力時，甘孜站220kV母線電壓為228.36kV，電壓合格范圍內，較光伏0%出力時電壓下降1.7kV；石渠站110kV母線電壓為112.38kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降1.1kV。

2.6 枯小方式潮流下，光伏100%出力（潮流作業號5015）

枯小方式潮流下，光伏100%出力時，甘孜站220kV母線電壓為214.43kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降15.6kV；石渠站110kV母線電壓為104.58kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降9kV。

2.7 豐大方式潮流下，光伏0%出力（潮流作業號5016）

豐大方式潮流下，光伏0%出力時，甘孜站220kV母線電壓為227.54kV，電壓在合格范圍內；石渠站110kV母線電壓為112.83kV，電壓在合格范圍之內。

2.8 豐大方式潮流下，光伏50%出力（潮流作業號5017）

豐大方式潮流下，光伏50%出力時，甘孜站220kV母線電壓為225.48kV，電壓合格范圍內，較光伏0%出力時電壓下降2.1kV；石渠站110kV母線電壓為111.59kV，電壓在合格范圍內，較光伏0%出力時電壓下降1.3kV。

2.9 豐大方式潮流下，光伏100%出力（潮流作業號5018）

豐大方式潮流下，光伏100%出力時，甘孜站220kV母線電壓為211.16kV，較光伏0%出力時電壓下降16.4kV；石渠站110kV母線電壓為103.46kV，較光伏0%出力時電壓下降9.4kV。

2.10 豐小方式潮流下，光伏0%出力（潮流作業號5019）

豐小方式潮流下，光伏0%出力時，甘孜站220kV母線電壓為226.63kV，電壓在合格范圍內；石渠站110kV母線電壓為110.26kV，電壓在合格范圍之內。

2.11 豐小方式潮流下，光伏50%出力（潮流作業號5020）

豐小方式潮流下，光伏50%出力時，甘孜站220kV母線電壓為222.25kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降16.4kV；石渠站110kV母線電壓為107.77kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降2.5kV。

2.12 豐小方式潮流下，光伏100%出力（潮流作業號5021）

豐小方式潮流下，光伏50%出力時，甘孜站220kV母線電壓為222.25kV，電壓偏下限運行，較光伏0%出力時電壓下降15.8kV；石渠站110kV母線電壓為100.95kV，較光伏0%出力時電壓下降10kV。

3 暫態分析

（a）4種方式：枯大、枯小、豐大、豐小。

（b）每種方式下的，光伏發電機組出力：不發，半發，滿發情況下。

（c）每種方式下的各種光伏出力下，研究石渠電網中鄂曲電站的功角、石渠站的110kV母線電壓，石渠母線-二灘相角/頻率。

3.1 枯大

3.1.1 發電機組出力：不發，半發，滿發情況下，川鄂曲——二灘其電壓與頻率走勢如圖1所示。

3.1.2 母線電壓在發電機出力不發、半發、滿發情況下，川甘孜石渠的電壓與頻率趨勢如圖2所示。

（1）枯小。發電機組出力：不發，半發，滿發情況下，川鄂曲——二灘其電壓與頻率走勢如圖3所示。

母線電壓在發電機出力不發、半發、滿發情況下，川甘孜石渠的電壓與頻率趨勢如圖4所示。

（2）豐大。發電機組出力：不發，半發，滿發情況下，川鄂曲——二灘其電壓與頻率走勢如圖5所示。

母線電壓在發電機出力不發、半發、滿發情況下，川甘孜石渠的電壓與頻率趨勢如圖6所示。

（3）豐小。發電機組出力：不發，半發，滿發情況下，川鄂曲——二灘其電壓與頻率走勢如圖7所示。

母線電壓在發電機出力不發、半發、滿發情況下，川甘孜石渠的電壓與頻率趨勢如圖8所示。

結語

大規模的新能源發電對電力系統的穩定性有著一定的影響：

（1）風速、光照是隨時變化的，風電機組、光伏電站的出力主要由風速、光照強度的大小決定，因此風電場、光伏電站的出力也是波動的。其不穩定性將會導致大規模風電、光伏電站并網之后，造成電網電壓、電流和頻率的波動，影響電網的電能質量。電網公司為消除不利影響，需要增加額外的旋轉備用容量，從而增加了電網運行成本，也會間接影響新能源的發展。風電近幾年發展尤為迅速，已經成為繼火電、水電后的第三大電能生產形勢，本文將著重介紹大規模風電機組并網對電網穩定性產生的影響。

（2）大規模新能源并網對電網暫態穩定性存在影響。在新能源發電裝機比例較大的電網中，由于改變了電網原有的線路傳輸功率、潮流分布以及電能質量等，大規模新能源并網后電力系統的暫態穩定性會發生變化。例如大規模風機并網系統，如果地區電網較弱，風電機組在系統發生故障后無法重新建立機端電壓，風電機組運行超速失去穩定，將會引起地區電網暫態電壓穩定性破壞。

（3）大規模風電機組并網電力系統，其中風電機組的低電壓穿越能力將會對電力系統的穩定性造成較大影響。低電壓穿越（LVRT）指在風機并網點電壓跌落的時候，風機能夠保持并網，甚至向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復電壓，直到電網恢復正常，即成功“穿越”這個低電壓區間。當風電在電網中所占比例較大時，若風機在系統發生故障時采取被動保護式解列方式，將會增加整個系統的恢復難度，甚至可能加劇故障，并最終導致系統其他機組全部解列。因此，在大規模風機并網的電力系統中，風電機組必須具備相應的低電壓穿越能力。

參考文獻

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