新能源大規(guī)模接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響分析

尹 麗

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司郴州供電分公司，湖南 郴州423000）

0 引 言

新能源指的是風能、太陽能、核能等自然資源，通過將新能源加入國家能源結(jié)構(gòu)中，有利于推動可再生能源規(guī)模化發(fā)展。新能源接入電網(wǎng)中低壓穿越方式較多，在復雜故障電流特性以及間歇性運行的影響下，可能會對電網(wǎng)運行穩(wěn)定性造成不良影響。因此，亟待就新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)對于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響進行分析，并采取切實有效的安全控制策略[1-2]。

1 新能源發(fā)電接入對電網(wǎng)運行安全的不良影響

1.1 新能源接入造成的低頻問題

1.1.1 有關風電滲透率對于低頻振動的影響

一般相關的工作人員可以從系統(tǒng)的運行狀態(tài)、網(wǎng)絡拓撲等方面看出風電滲透率對低頻振蕩模式所帶來的影響，如果滲透率較高，那么就會給阻尼帶來相應的影響，還能通過提升滲透率及電壓來有效控制環(huán)路增益，從而達到優(yōu)化阻尼的目的。風電場受并網(wǎng)點方位、規(guī)模及其控制形式的影響，振蕩模式會出現(xiàn)一定的變化，而輕載運作有助于阻尼振蕩，重載會對阻尼振蕩帶來不利影響[3]。

1.1.2 有關光伏滲透率對于低頻振動的影響

如果互聯(lián)系統(tǒng)規(guī)模比較大，光伏滲透率比較高，就會對電力系統(tǒng)功角動態(tài)產(chǎn)生較大影響，尤其是會對阻尼區(qū)間低頻振蕩產(chǎn)生較大不良影響，分布式光伏可抑制區(qū)間振動。在光伏系統(tǒng)的實際應用中，不會產(chǎn)生新的低頻振蕩，如果光伏電站對于低頻振蕩的影響比較大，則這類光伏電站一般為小容量及非高滲透率形式。因此，如果將小容量光伏系統(tǒng)接入大容量電力系統(tǒng)中，易產(chǎn)生功率振蕩問題。

1.2 新能源接入造成的高頻問題

通常，新能源接入問題所引發(fā)的高頻隱患一般來自功率過剩，又或者是因為受到擾動沖擊的影響，電網(wǎng)其他部分的聯(lián)絡通道在功率傳輸期間易產(chǎn)生一些不良的解列故障，外送功率的直流還會產(chǎn)生較為嚴峻的閉鎖事故等。進一步來說，新能源接入系統(tǒng)的高頻保護部分常常被用作維護發(fā)電機組本身，如果相關的工作人員設置不合理，那么極易引發(fā)系統(tǒng)故障，最終會引發(fā)新能源機組退出。許多新能源接入系統(tǒng)后，因為風電、光伏缺少一次調(diào)頻這一項功能，水電、火電等常規(guī)機組的調(diào)頻壓力會突然上升，隨之我國各行各業(yè)應用新能源的比重上升，其系統(tǒng)的調(diào)頻作用將遭受一定程度的影響，風電、光伏原本的高頻保護設施就極難與新的工程目標達成統(tǒng)一。為了盡可能降低頻率崩潰概率，相關的工作人員需要根據(jù)新能源接入的實際條件，合理確定風電及光伏電站高頻保護值，一旦出現(xiàn)異常的高頻故障，相關的工作人員需要采取連鎖切機的手段予以處置。

1.3 新能源接入系統(tǒng)故障之后的孤島問題

當新能源接入電網(wǎng)后，如果在電網(wǎng)運行中發(fā)生故障問題，則新能源系統(tǒng)會與電網(wǎng)自動脫開，進而導致新能源系統(tǒng)發(fā)生孤島現(xiàn)象，系統(tǒng)運行波動情況明顯。另外，如果系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓情況，則孤島系統(tǒng)也可處于波動中，最終導致系統(tǒng)中各類元件失效。

1.4 新能源接入系統(tǒng)潮流的影響

較大規(guī)模的風電及光伏都是利用330 kV電網(wǎng)接入系統(tǒng)中的，其中光伏發(fā)電主要是利用2回330 kV線路接入330 kV的變電站中，而較大規(guī)模的風電場主要是利用3回330 kV輸電線路接入變電站中，之后利用相應線路進行外送。表1展示了某地區(qū)不同運行方式下主要輸電通道潮流分布的基本情況。

表1 不同運行方式主要線路潮流分布（MW）

由表1可知，相對于沒有新能源接入的情況，在光伏單獨接入的情況下，線路潮流增加較多，造成此現(xiàn)象的主要原因在于大規(guī)模光伏投運后一定要利用330 kV線路1實施雙回路外送。而對于下游外送通道來說，大多數(shù)潮流都是利用750 kV線路進行外送，而其余330 kV線路潮流增加相對較小。相對于沒有新能源接入的情況，在風電單獨接入的情況下，大規(guī)模風電投入運行后330 kV線路2和線路3潮流均增加很多，主要是由于這兩條線路都是風電的外送途徑。風電大規(guī)模投運后，絕大多數(shù)（超過60%）潮流都利用750 kV線路向外輸送，而剩余部分則利用330 kV線路進行外送。

2 基于新能源大規(guī)模接入的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)后，為了保證電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，可創(chuàng)建并利用新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮切機、切負荷、提升直流功率以及快速減出力等作用。通過采用通信網(wǎng)絡，能有效連接多個廠站中的安全穩(wěn)定控制裝置，進而嚴格控制整個電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

2.1 新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)含有多個穩(wěn)定控制裝置，通過光纖通道將其連接成為整體結(jié)構(gòu)。新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)主從式單層結(jié)構(gòu)如圖1所示，需設置主站及子站，其中主站是安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心部分，而子站則可作為執(zhí)行層。

在安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的實際應用中，可設置主從式單層結(jié)構(gòu)或者復合結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)復合結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。主站數(shù)量要求控制在2個以上，在所有子站運行中，可接收來自各個主站的通信數(shù)據(jù)。

圖1 新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)主從式單層結(jié)構(gòu)

圖2 新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)復合結(jié)構(gòu)

2.2 站點結(jié)構(gòu)

在安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)中，主站及子站的硬件結(jié)構(gòu)相同。此外，不同站點設置情況均相同，即1臺主機及多臺從機[4]。

2.2.1 主站情況

在系統(tǒng)應用過程中，主站主機可以與子站保持順利通信，而且能順利地接收搜集的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)運作期間，如果出現(xiàn)事故，那么主機將立刻接收動作信號，再向子站輸送跳閘指令。在主站中，從機的作用比較多，具體包括收集數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)報送、判斷接入間隔電壓以及與主機通信等。

2.2.2 子站情況

在子站中，主機可與主站中的裝置保持正常通信，可接受由主站所發(fā)出的指令，并接受由本站從機所采集的數(shù)據(jù)；通過對數(shù)據(jù)進行采集、計算和分析，能準確判斷接入間隔電壓，并將動作上報至主機。在系統(tǒng)規(guī)劃安裝中，相關的工作人員需要依據(jù)現(xiàn)實狀況明確主站及子站的安裝位置。針對主站，相關的工作人員可以把主站安裝在系統(tǒng)側(cè)變電站；針對子站，則可將其安裝在新能源側(cè)站點。在主站與子站之間，可通過光纖通信方式進行連接。此外，在站與站以及站內(nèi)，可利用HDLC協(xié)議進行通信。

2.3 工作原理

新能源接入電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)共同構(gòu)成，主站系統(tǒng)能精準地評判系統(tǒng)側(cè)繼電保護動作、斷路器跳閘及過頻動作等。如果出現(xiàn)新能源孤島現(xiàn)象，則主站系統(tǒng)能為子站系統(tǒng)提供相應的指示，再在短時間內(nèi)中斷小電源，防止其對系統(tǒng)側(cè)電網(wǎng)二次保護控制系統(tǒng)帶來負面影響，也能避免給現(xiàn)場施工人員的生命安全構(gòu)成不良威脅，保證電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。在整個系統(tǒng)中，子站的作用在于執(zhí)行主站所發(fā)出的遠跳命令，接收主站命令后需進行判斷分析，再跳開小電源聯(lián)絡開關[5]。

3 結(jié) 論

在電網(wǎng)建設中，新能源利用率逐漸提高，但是，將新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)后，可能會對電網(wǎng)運行安全性和穩(wěn)定性造成不良影響。就新能源接入電網(wǎng)后對于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行效果的影響以及具體的控制策略進行探究至關重要。