論大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分岔

張國祥

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，光伏發(fā)電已經(jīng)在我國有著非常大的普及，但是在光伏發(fā)電的過程中由于光伏發(fā)電很容易受到天氣的影響，光伏電源有功出力存在著較大的間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，因此，從這個(gè)角度來看，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行必然會(huì)給電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行帶來極大的不確定性。本文從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者最新的研究成果，以電壓穩(wěn)定性的經(jīng)典3節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，對(duì)于大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分岔進(jìn)行了深入地探析和研究。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模 光伏發(fā)電 并網(wǎng)系統(tǒng) 電壓 穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（a）-0140-02

隨著全世界技術(shù)生產(chǎn)的革新，光伏發(fā)電已經(jīng)在國內(nèi)外得到了比較廣泛和穩(wěn)定的應(yīng)用，截止到2018年年底，我國的光伏總裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到了4000萬kW的總體目標(biāo)，而且從我國國內(nèi)目前的發(fā)展水平來看，國內(nèi)的兆瓦級(jí)較大規(guī)模的光伏電站的建設(shè)已經(jīng)相當(dāng)普及。但是在具體的運(yùn)行過程中，由于容易受到天氣等方面的影響，光伏電源有功出力具有很強(qiáng)的間歇性、波動(dòng)性以及隨機(jī)性的特點(diǎn)。從這個(gè)角度上來說，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行就會(huì)必然會(huì)給電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及運(yùn)行的狀態(tài)帶來比較不利的影響。在目前的學(xué)術(shù)研究中，大多數(shù)國內(nèi)外學(xué)者主要在研究電壓穩(wěn)定性的時(shí)候還是采用了經(jīng)典3節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為主要研究方向。

1 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的分岔分析

1.1 單參數(shù)分岔分析

在單參數(shù)的分岔分析中，主要是采用負(fù)荷母線處恒功率負(fù)荷的無功功率Q1來做為分岔參數(shù)來進(jìn)行單參數(shù)的分岔分析的，在方法的采用中，我們主要還是采用了MATCONT來找到ODE中的平衡點(diǎn)，并且在曲線中顯示出來，具體圖示如圖1。通過對(duì)圖形的分析我們可以清晰地看出，在圖中，曲線1是PPV=0，也就是說在不投入光伏電站時(shí)候的Q1-U的曲線圖，而曲線2則是PPV=1p.u.的時(shí)候的Q1-U曲線圖。

經(jīng)過對(duì)圖示的認(rèn)真分析，我們還可以分析得出這兩條曲線均可以搜索到亞臨界Hopf分岔點(diǎn)H01、H11以及超臨界Hopf分岔H02、H12的點(diǎn)。在具體的研究中，我們是將SNB看做系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的臨界點(diǎn)，也就是說，在系統(tǒng)運(yùn)行到這一個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，如果系統(tǒng)中的負(fù)荷受到了一個(gè)比較微小的擾動(dòng)甚至沒有受到微小的擾動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷電壓發(fā)生單調(diào)崩潰的現(xiàn)象。H01、H02點(diǎn)的附近是會(huì)產(chǎn)生一個(gè)先于分岔存在的不穩(wěn)定極限環(huán)和穩(wěn)定平衡點(diǎn)相互作用的情況的，這樣的存在會(huì)使得穩(wěn)定平衡點(diǎn)開始變得相當(dāng)?shù)牟环€(wěn)定，也就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)振幅逐漸增大的振蕩現(xiàn)象。所以，從這個(gè)角度來說，亞臨界Hopf分岔點(diǎn)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是存在一定的危害作用的，也就是說亞臨界Hopf分岔點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性的臨界點(diǎn)，如果系統(tǒng)在正常的運(yùn)行過程中，再受到一個(gè)比較小的擾動(dòng)那么負(fù)荷的電壓就會(huì)發(fā)生較大強(qiáng)度的增幅，然后出現(xiàn)最終的崩潰現(xiàn)象。

1.2 雙參數(shù)分岔分析

為了對(duì)于光伏電站系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性進(jìn)行更加深入地研究，我們需要對(duì)ODE模式進(jìn)行雙參數(shù)的分岔分析。在下面的圖示中，圖3和圖4分別是SNB邊界曲線和UHB邊界曲線，通過分析圖我們可以清晰地看出，當(dāng)PPV從0開始逐漸變大的時(shí)候，SNB處的Q1的值也開始增大，也就是說SNB被延遲的時(shí)候，是非常有利于電壓的穩(wěn)定性的，但是當(dāng)PPV增大到B點(diǎn)的時(shí)候，Q1的值開始隨著PPV的增大而出現(xiàn)了逐漸減小的趨勢，也就是說開始出現(xiàn)了不利于系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的現(xiàn)象發(fā)生，在另外一張圖中我們也發(fā)現(xiàn)了類似的特點(diǎn)，所以，從這個(gè)角度上來說，并不是發(fā)生的有功越大就越利于整個(gè)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，而對(duì)于SNB和UHB這兩個(gè)數(shù)值來說，他們都可以找到一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的最大電壓穩(wěn)定域光伏用功出力值PPV，但是當(dāng)PPV一旦超過了PPV的最大值，那么SNB點(diǎn)和UHB點(diǎn)處Q1的值就會(huì)隨著PPV的增大而出現(xiàn)下降的趨勢，也就是說減小了系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定域。從這幾個(gè)圖中我們可以明顯得到，系統(tǒng)在投入到光伏電站運(yùn)行之后，PPV的值是越來越大的，分岔點(diǎn)處的電壓U就會(huì)逐步地增高，這就會(huì)使得電壓相對(duì)比較穩(wěn)定的區(qū)域的平衡點(diǎn)的電壓均值就會(huì)相應(yīng)地提升，在另外的一種極端情況之下，也就是說光伏電站的有功出力PPV的值過于大的話，這樣就會(huì)使得負(fù)荷電壓U過于高就會(huì)達(dá)到不合格的狀態(tài)中。所以，從上述的研究中，如果要想使得整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)電壓的穩(wěn)定區(qū)域中，我們需要滿足的是UHB點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的臨界點(diǎn)中，而且其光伏電站的最大有功出力也應(yīng)當(dāng)保持在P PVMAXUHB的附近最好。

2 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，光伏發(fā)電已經(jīng)在我國有著非常大的普及，而且有著較好的應(yīng)用前景。隨著全世界技術(shù)生產(chǎn)的革新，光伏發(fā)電已經(jīng)在國內(nèi)外得到了比較廣泛和穩(wěn)定的應(yīng)用，光伏電源有功出力具有很強(qiáng)的間歇性、波動(dòng)性以及隨機(jī)性的特點(diǎn)。從這個(gè)角度上來說，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行就必然會(huì)給電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及運(yùn)行的狀態(tài)帶來比較不利的影響。本次研究也是從這個(gè)課題出發(fā)，對(duì)于大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分岔的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了深入地討論，希望能夠進(jìn)一步促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展。

參看文獻(xiàn)

[1] 劉明武.大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響研究[J].技術(shù)與市場，2018，25（1）：156.

[2] 劉穎，秦文萍，王金浩，等.大型風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)供電互補(bǔ)系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2018，35（5）：100-105.

[3] 李升，衛(wèi)志農(nóng)，孫國強(qiáng)，等.大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分岔研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2016，36（1）：17-23.