新能源并網系統引發的復雜振蕩問題及其解決辦法分析

康謀

【摘? 要】科技的進步，促進新能源工程建設事業得到快速發展。新能源機組接入電網的行為大多通過電力電子變流器來完成，在電網和變流器產生交互作用時，有概率造成機組出現振蕩或諧振的問題，致使機組出現新能源機組跳閘的現象，嚴重時還會造成機組設備的損壞。國內新能源并網系統在接入電網后存在振蕩問題引發的主要問題為次同步振蕩，需要工作人員從不同角度，共同努力才能使問題得以解決。本文就新能源并網系統引發的復雜振蕩問題及其解決辦法展開探討。

【關鍵詞】新能源并網系統;復雜振蕩問題;解決辦法

引言

隨著風電和光伏等新能源發電系統滲透率的不斷提高，電網呈現出弱電網甚至極弱電網特性，給新能源并網發電系統穩定和高效運行帶來了嚴峻挑戰。

1新能源并網系統中出現的復雜振蕩

（1）新能源并網系統引發的復雜振蕩特點。對近年來世界發生的新能源機組形態振蕩穩定性問題分析可知，在新能源并網系統引發的振蕩問題多為次同步振蕩，現階段我國新能源并網系統中存在的安全問題仍沒有得到良好的解決，其依舊是我國新能源電力發展中重點關注問題，新能源并網系統振蕩問題發生的主要誘因便是電網與多變流器間的交互作用。并網系統中多變流器產生的振蕩頻率較高，持續時間較長，振幅傳播范圍較大，振幅影響范圍較廣等特點。系統內電力電子變流器在運行階段會很快引起相應設備的持續回應，且其振蕩頻率和傳統機電的振蕩頻率相比頻率更高，但是又比電網高次諧波頻率低。由于電力電子變流器產生振蕩的誘因較為復雜，受外界因素影響較大（電網參數、變流器聚合效應以及外部條件等），這些因素均會對變流器的穩定程度造成影響，降低變流器穩定性，進而造成并網系統發生振蕩的問題，造成電廠運行階段的安全隱患。（2）對新能源并網系統電路穩定性的判斷。解決并網系統振蕩問題的首要條件便是對系統振蕩產生機理進行全方位了解，并將對并網系統的檢查工作結果，作為判斷系統電路穩定性的依據。在進行電路穩定性判斷時，需要注意電壓、電流以及鎖相環對其產生的影響。判斷過程簡述如下：第一，檢測人員應在系統運行階段通過干擾分析的方法判斷電路的穩定程度，并對變流器和電網兩側的頻率響應特征進行檢測，以此判斷系統是否存在振蕩事故發生的預兆，進而判斷系統電路的穩定程度。第二，通過電路運行圖分析系統內變流器與電網間的電流關系，并通過數據計算進行電路穩定程度的判定。此方法使用優點為計算結果通過函數計算得出，數據結果準確;判定過程中分析了電路和理論間關系，在得到并網系統振蕩頻率的響應后，進一步對系統電路穩定程度進行了驗證。這種方法的特點為結果科學準確，適合在大型工程中使用，在機組系統較大且參數未知的條件下，也能得到較為準確的數據結果作為判斷系統電路穩定程度的依據。

2解決新能源并網系統復雜振蕩的對策

2.1PV有功附加阻尼控制

為提升發電效率，PV電站正常并網時均處于最大功率點跟蹤模式?？紤]到不削弱光伏電站有功輸出能力，現有低頻振蕩抑制策略常選擇無功分量作為控制對象。但根據相關國標規定，光伏逆變器必須能實現快速的無功支撐和電壓調節，無功附加阻尼調制勢必會在一定程度上影響光伏電站對瞬態過電壓的響應能力，特別是在光伏并入弱送端系統時，將存在電壓越限的風險。為避免此種情況的發生，該文選擇PV有功附加阻尼控制策略來實現對低頻振蕩的抑制。PV仿真模型為兩級式架構，光伏陣列出口后分別經DC-DC升壓電路及DC-AC逆變回路并入電網。采用電流內環、直流電壓中環及MPPT控制外環的閉環結構來保證光伏電站穩定運行。將最能直接體現低頻振蕩特性的同步發電機轉子角速度偏差經LQR進行附加調制后，輸出信號ΔUdamp作用到中環電壓參考值Udc_ref處，再與實測直流電壓相減后送入原PI回路，進而得到電流內環參考值Idref。

2.2建立次同步振蕩監測控制系統

在進行新能源并網系統復雜振蕩問題的解決工作時，傳統針對振蕩問題進行解決的方案是不可取且不科學的。由于在傳統系統中，其信息采樣率較低，無法及時獲取系統的振動頻率和振動幅度等相關信息，導致傳統系統中沒有辦法接收到來自系統振蕩問題的預警。所以，若想最大程度的解決新能源并網系統的復雜振蕩問題，便需要從系統方面開展，對原有系統進行相應的升級和完善，并建立對整個系統的次同步振蕩監測控制系統，這是十分重要的優化措施。次同步振蕩監測控制系統是對本地系統的高精度電源管理單元進行采樣，同時由技術人員通過信息技術的方式對采樣數據進行遠程傳輸以及長時間儲存的工作，以此建立起對系統大范圍的次/超同步振蕩監測系統，通過這一系統來實時獲取并網系統中出現的次/超同步波譜和波形等相關信息，達到并網系統在發生振蕩問題前，可以根據振蕩發生前兆對工作人員進行預警的操作，使工作人員可以在事故發生前進行科學合理的預防處理措施安排，降低振蕩事故造成對企業正常運行造成的影響[1]。除此之外，在加強對系統監測工作的同時，建立并網系統的安全自動控制系統也是十分重要的。安全自動控制系統的主要工作便是對并網系統中各個關鍵節點的振蕩信號進行在線的監測，當監測到并網系統的振蕩幅度超過了設定標準且持續振蕩時間達到一定標準時，安全自動控制系統便會進行相應的斷開工作，即將并網系統內的運行機組進行分次的切除和斷開，以此達到避免并網系統發生復雜振蕩問題的目的。同時，安全自動控制系統的使用還可以對火電機組發生損壞脫網等現象進行有效的遏制，防止此類問題的發生。在并網系統中使用次同步振蕩監測控制系統以及安全自動控制系統，在二者共同運行下，能幫助企業最大程度的減少并網系統中復雜振蕩問題發生，對電力企業新能源方面的發展提供良好的環境。

2.3時域分析法的應用

時域分析法的實現途徑大致可分為兩類：以數學模型為基礎的時域仿真和以物理元件等效為思路的實物、半實物仿真?；跇嫿ǖ娘L電并網系統非線性數學模型，通過對非線性方程的連續求解，獲得時域內風電并網系統變量的輸出曲線，并基于波動曲線是否收斂或其他判定指標來判斷弱連接下系統的穩定性。該方法大多基于特有的軟件仿真環境，不受外部環境影響，具備流程化的操作規程，便于大多數科研學者進行分析結果的驗證或工程事故的復現。但是，其存在的問題主要體現在三個方面：（1）時域仿真的結果在很大程度上依賴于數學模型的構建，模型構建中的差異性會影響到分析結果的準確性;（2）對于電力電子拓撲級的風電系統或大型風電并網系統，時域仿真所需求解的數值維度激增，進而導致計算效率低;（3）該方法難以用于穩定性機理的分析，只能用于對特定算例的穩定性判別，分析結果的通用性差。因此，常用作結論驗證。

結語

綜上所述，研究人員應對已經發生的振蕩事故進行仔細分析，積極反思事故誘因，并針對事故發生原因提出針對性的解決辦法。同時，國家也應加大對新能源并網系統安全性能的重視程度，增加其研究資源，通過對振蕩事故進行理論和技術兩方面的研究，達到避免發生新能源并網系統振蕩事故的目的。

參考文獻：

[1]武倩羽，周瑩坤，李晨陽，等.新能源同步機并網系統慣性特性的理論和實驗研究[J].大電機技術，2019（06）：41-46

[2]黃星宇，羅萍萍，龔錦霞，等.新能源并網系統次同步諧波相量檢測方法[J].電力系統保護與控制，2020，48（13）：38-44.

[3]王建學，李清濤，王秀麗，等.大規模新能源并網系統電源規劃方法[J].中國電機工程學報，2020，40（10）：3114-3124.