淺析新能源對電網(wǎng)的影響

李書雄　劉飛　劉海江　劉海洋

摘 要：隨著環(huán)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(wěn)定使用也成為全球各行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。發(fā)展新能源，推進(jìn)國家電網(wǎng)電力的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，而大規(guī)模地推廣新能源在電網(wǎng)中的應(yīng)用，在節(jié)能的同時(shí)也存在一定的安全穩(wěn)定影響，所以如何安全穩(wěn)定地將新能源應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)中，已經(jīng)成為目前電力行業(yè)必須重視和思考的問題。

關(guān)鍵詞：新能源；電網(wǎng)建設(shè)；安全穩(wěn)定

中圖分類號：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

甘孜地區(qū)風(fēng)能、太陽能等資源豐富、開發(fā)潛力大，具有良好的發(fā)展前景。與水電、火電等常規(guī)電源相比，風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電最根本的不同點(diǎn)在于其有功出力的隨機(jī)性、間隙性、波動性。這一特點(diǎn)造成了新能源大規(guī)模開發(fā)面臨接入、調(diào)度機(jī)消納等一系列復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。為妥善解決這些問題，需做好新能源出力特性、負(fù)荷特性、機(jī)組性能和外送通道等影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行能力的相關(guān)研究。目前，并入甘孜地區(qū)并網(wǎng)的光伏發(fā)電已達(dá)到150MW。根據(jù)規(guī)劃，未來5年甘孜地區(qū)將有較多風(fēng)電、光伏電站建成并網(wǎng)國家電網(wǎng)。為更好地掌控甘孜電網(wǎng)運(yùn)行特性，更深入研究新能源對電網(wǎng)影響的問題分析。

1 研究目的及計(jì)算方法

1.1 研究目的

通過潮流計(jì)算，分析新能源電源接入電網(wǎng)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(jì)算方法

甘孜電網(wǎng)計(jì)算分析使用四川電網(wǎng)數(shù)據(jù)由省公司下發(fā)提供。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的甘孜部分在2017年運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，增加了已收集未來3～5年規(guī)劃的風(fēng)電、光伏發(fā)電電源。

穩(wěn)定計(jì)算校核標(biāo)準(zhǔn)按照《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》要求進(jìn)行。為突顯故障設(shè)備對電網(wǎng)沖擊，重要線路故障設(shè)置皆按三相短路故障，三相跳閘考慮；水電站220kV單回并網(wǎng)線路按單瞬故障考慮；故障動作間隔時(shí)間按《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》設(shè)定。

2 新能源對電網(wǎng)的影響分析

針對新能源規(guī)劃接入甘孜站，光伏并網(wǎng)運(yùn)行情況下，大、小方式中光伏各種出力方式進(jìn)行了計(jì)算，分析其對系統(tǒng)電壓的影響，具體潮流作業(yè)見表1。

2.1 枯大方式潮流下，光伏0%出力（潮流作業(yè)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(nèi)，石渠站110kV母線電壓為105.36kV，電壓偏下限運(yùn)行。

2.2 枯大方式潮流下，光伏50%出力（潮流作業(yè)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(yùn)行，較光伏0%出力時(shí)電壓下降4.19kV；石渠站110kV母線電壓為103.58kV，電壓偏下限運(yùn)行，較光伏0%出力時(shí)電壓下降1.78kV 。

2.3 枯大方式潮流下，光伏100%出力（潮流作業(yè)號5012）

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

2.4 枯小方式潮流下，光伏0%出力（潮流作業(yè)號5013）

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

2.5 枯小方式潮流下，光伏50%出力（潮流作業(yè)號5014）

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

2.6 枯小方式潮流下，光伏100%出力（潮流作業(yè)號5015）

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

2.7 豐大方式潮流下，光伏0%出力（潮流作業(yè)號5016）

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

2.8 豐大方式潮流下，光伏50%出力（潮流作業(yè)號5017）

豐大方式潮流下，光伏50%出力時(shí)，甘孜站220kV母線電壓為225.48kV，電壓合格范圍內(nèi)，較光伏0%出力時(shí)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(nèi)，較光伏0%出力時(shí)電壓下降1.3kV。

2.9 豐大方式潮流下，光伏100%出力（潮流作業(yè)號5018）

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

2.10 豐小方式潮流下，光伏0%出力（潮流作業(yè)號5019）

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

2.11 豐小方式潮流下，光伏50%出力（潮流作業(yè)號5020）

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

2.12 豐小方式潮流下，光伏100%出力（潮流作業(yè)號5021）

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

3 暫態(tài)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(fā)電機(jī)組出力：不發(fā)，半發(fā)，滿發(fā)情況下。

（c）每種方式下的各種光伏出力下，研究石渠電網(wǎng)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(fā)電機(jī)組出力：不發(fā)，半發(fā)，滿發(fā)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(fā)電機(jī)出力不發(fā)、半發(fā)、滿發(fā)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(fā)電機(jī)組出力：不發(fā)，半發(fā)，滿發(fā)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(fā)電機(jī)出力不發(fā)、半發(fā)、滿發(fā)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(fā)電機(jī)組出力：不發(fā)，半發(fā)，滿發(fā)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(fā)電機(jī)出力不發(fā)、半發(fā)、滿發(fā)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(fā)電機(jī)組出力：不發(fā)，半發(fā)，滿發(fā)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(fā)電機(jī)出力不發(fā)、半發(fā)、滿發(fā)情況下，川甘孜石渠的電壓與頻率趨勢如圖8所示。

結(jié)語

大規(guī)模的新能源發(fā)電對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著一定的影響：

（1）風(fēng)速、光照是隨時(shí)變化的，風(fēng)電機(jī)組、光伏電站的出力主要由風(fēng)速、光照強(qiáng)度的大小決定，因此風(fēng)電場、光伏電站的出力也是波動的。其不穩(wěn)定性將會導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)電、光伏電站并網(wǎng)之后，造成電網(wǎng)電壓、電流和頻率的波動，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。電網(wǎng)公司為消除不利影響，需要增加額外的旋轉(zhuǎn)備用容量，從而增加了電網(wǎng)運(yùn)行成本，也會間接影響新能源的發(fā)展。風(fēng)電近幾年發(fā)展尤為迅速，已經(jīng)成為繼火電、水電后的第三大電能生產(chǎn)形勢，本文將著重介紹大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)對電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。

（2）大規(guī)模新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性存在影響。在新能源發(fā)電裝機(jī)比例較大的電網(wǎng)中，由于改變了電網(wǎng)原有的線路傳輸功率、潮流分布以及電能質(zhì)量等，大規(guī)模新能源并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性會發(fā)生變化。例如大規(guī)模風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)，如果地區(qū)電網(wǎng)較弱，風(fēng)電機(jī)組在系統(tǒng)發(fā)生故障后無法重新建立機(jī)端電壓，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行超速失去穩(wěn)定，將會引起地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性破壞。

（3）大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)電力系統(tǒng)，其中風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力將會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成較大影響。低電壓穿越（LVRT）指在風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)電壓，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，即成功“穿越”這個(gè)低電壓區(qū)間。當(dāng)風(fēng)電在電網(wǎng)中所占比例較大時(shí)，若風(fēng)機(jī)在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)采取被動保護(hù)式解列方式，將會增加整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚至可能加劇故障，并最終導(dǎo)致系統(tǒng)其他機(jī)組全部解列。因此，在大規(guī)模風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的電力系統(tǒng)中，風(fēng)電機(jī)組必須具備相應(yīng)的低電壓穿越能力。

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