淺析新能源接入對電網穩定的影響及新能源穩定控制

張瑞杰

摘要：隨著時代的與時俱進，全球的能源、環境以及氣候等問題成為了各國最為關注的問題之一，特別是能源安全和環境保護已經成為了全球關注的焦點問題。不斷發展新能源、推動能源戰略轉型已經成為了世界能源發展的趨勢。但是新能源的大規模并網會對整個電力系統的穩定運行造成一定困擾，新能源的隨機波動特性造成電力系統調峰容量、調頻容量和備用容量很難準確確定，從而引發了棄風、棄光以及切負荷的問題。所以對于新能源接入對電網穩定的影響及新能源穩定控制進行分析研究是非常必要的，對于推動新能源發展具有現實意義。

關鍵詞：新能源;電網穩定;控制

引言

目前，能源短缺問題日益嚴重，風能、太陽能等可再生能源進入了快速發展階段，對于國家能源結構調整有著重要的促進作用，新能源接入電網已經成為了推動可再生能源規模化發展的趨勢。新能源接入電網的容量不斷提高，低壓穿越運行的方式也隨之增多，新能源電場規模化接入電網，由于其復雜的故障電流特性以及間歇性的運行方式不利于電網的繼電保護功能，影響電網的安全穩定運行，因此，新能源接入電網的穩定性問題和穩定控制方法對于提高新能源接入電網的可靠性問題具有非常重要的意義。

1新能源接入對電網穩定的影響

1.1新能源接入造成的高頻問題

此方面的問題主要發生在擾動沖擊或者功率過剩的故障情況中，例如新能源系統在和電網其他部分聯系通道在功率外送過程中所出現的解列故障以及閉鎖故障等。對于新能源接入系統來說，其高頻保護最主要的作用在于確保發電機組的正常運行，一旦由于設置方面的問題而發生系統故障就會造成新能源機組的大范圍退出問題。隨著新能源接入系統的規模不斷增加，由于風電以及光伏缺少一次調頻的能力，使得水電以及火電等機組調頻壓力有所上升，從而造成整個系統的調頻情況較差，容易引起原有的高頻保護裝置無法和全新的工況進行匹配。為了最大程度上防止發生頻率崩潰的問題，要根據新能源接入的具體情況來設定風電以及光伏的高頻保護值，利用和連鎖切機的緊密配合來確保一旦出現高頻故障，并不會因為高頻保護的不合理而引發低頻問題。

1.2新能源接入造成的低頻問題

新能源接入系統的低頻問題一般出現于功率缺額類型的故障或擾動沖擊的場景，例如該系統與電網其他部分的聯絡通道在受電端發生解列故障，進線故障等。新能源接入系統的低頻問題通常情況下產生于功率缺額類型故障或擾動沖擊的情況，例如：電廠機組掉閘等。新能源對低頻振蕩的影響主要體現在滲透率水平、控制器和并網點位置等，掌握無阻尼控制的新能源對低頻振蕩的影響具有非常重要的意義。一是光伏滲透率對低頻振蕩的影響非常重要。利用模式分析和時域仿真對電力系統的小信號穩定性的影響或者為正或者為負，主要決定因素為光伏的系統容量、滲透率和地點等。對于大型互聯系統，光伏高滲透率對輸電系統功角動態穩定性將產生重要的影響。光伏高滲透率不利于阻尼區間的低頻振蕩，分布式相對于集中式光伏能夠獲得更好的區間振蕩抑制效果。光伏系統不會引入新的低頻振蕩模式，對低頻振蕩產生較大影響的光伏電站不一定具有高滲透率和大容量，小容量的光伏系統接入大容量的系統亦然能夠形成較大的功率振蕩[2]。二是風電滲透率對低頻振蕩模式的影響主要體現在系統的運行狀態、網絡拓撲、風電控制器等，滲透率高可以導致阻尼的增加或減少，提高滲透率和電壓控制環路增益能夠有效地改善阻尼。風電場自身屬性如并網點位置、容量和控制方式等會對振蕩模式產生重要影響，輕載運行有利于阻尼振蕩，相反重載對阻尼振蕩不利。

1.3新能源接入系統故障之后的孤島問題

新能源接入系統之后一旦出現故障，此系統就會和電網脫開，從而使得新能源系統出現孤島問題。在此情況下整個系統運行波動嚴重，為了防止發生孤島情況，一旦出現故障就要降低電壓，這就會造成風機的切記問題。若是電壓降低處在風機需要實施低壓穿越的界限范圍內，那么要確保風機連續工作時間在625ms以上，在此過程中若是斷路器發生切斷就會造成孤島問題。若是系統中發生過電壓情況就會切斷某些風機。若是還存在工作中的風機，那么孤島系統也會處于波動狀態，系統中的相應元件都會失效。孤島問題的影響可以分為如下幾方面：涉網保護不能正常的運行，一旦將故障清除之后，風機在爬坡過程中就會逐漸恢復有功功率，若是增加風機的控制方法就能夠提升風機控制的效果，能夠有效提升其適應性，風機涉網保護存在不相符的動作，除了去除掉的風機之后，其他的風機和本地負荷可以很好的進行匹配。

2新能源安全穩定控制系統分析

2.1新能源安全穩定控制系統結構分析

安全穩定控制系統主要是利用通道將多套穩定的控制裝置形成為整體，構建起主從式的單層結構，采取主站—子站的設定方式，其中一個主站為核心部分，其余子站為執行層，兩者之間利用光纖通道實施連接。

安全穩定系統除了可以進行主從式單層結構設置之外，也可以將其設置成為復合結構，可以設置兩個以及多個主站，不同的子站能夠支持接收各個主站的通信數據。

2.2站點結構

2.2.1主站情況

主站主機的作用在于如下幾方面：和子站進行通信、對于從站采集的數據以及判定結果進行接收、對于相應的動作信號進行采集。一旦系統方面出現故障，主機收到動作信號后就會向子站發送跳閘指令。主站從機的作用在于如下幾方面：數據采集以及計算，對于接入間隔電壓進行判斷、頻率判據、功率判據、和主機進行通信以及報送數據結果等等。

2.2.2子站情況

子站主機的作用在于如下幾方面：和主站裝置實施通信、接收主站發出的指令、接收本站從機采集的數據以及動作。數據采集以及計算，對于接入間隔電壓進行判斷、頻率判據、功率判據、和主機進行通信以及報送數據結果、接收主機下達的遠跳指令就地判據執行跳閘出口，同時將動作上報主機。對于整個系統來說，要按照具體情況來確定主站以及子站的位置。但是常規情況下主站會設置在系統側變電站，子站會設置在新能源側站點。兩者之間采取光纖進行通信，站間以及站內通信采取HDLC協議進行。

2.3工作原理

新能源安全穩定控制系統工程應用宜采用兩層架構：主站系統和子站系統。主站系統用于判別系統側繼電保護保護動作、過頻動作以及斷路器偷跳等行為，當這些動作行為經就地判據確認，造成新能源電源孤島運行時，為防止小電源對系統側電網二次保護控制系統、用戶用電設備以及人員安全構成威脅，主站系統向子站系統發遠跳命令，切除新能源小電源，保證系統側電網系統安全穩定運行。子站系統用于執行主站遠跳命令，當接收到主站系統遠跳命令后，子站系統經就地判據確認，跳開小電源聯絡開關。與子站從機配置使用的遠跳裝置用于接收子站的間隔跳閘命令，經就地判據確認子站側間隔開關跳閘后，跳開對應間隔的本側開關。

結語

本文主要分析了新能源接入對電網穩定的影響情況，在此基礎上提出了新能源穩定控制的相關內容。通過本文的介紹能夠對新能源的進一步應用提供參考和幫助。

參考文獻

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[3]姬煜軻，趙成勇，李承昱等.含新能源接入的柔性直流電網啟動策略及仿真[J].電力系統自動化，2017，（4）：98-104.