淺析新能源接入對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的影響及新能源穩(wěn)定控制

張瑞杰

摘要：隨著時(shí)代的與時(shí)俱進(jìn)，全球的能源、環(huán)境以及氣候等問(wèn)題成為了各國(guó)最為關(guān)注的問(wèn)題之一，特別是能源安全和環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為了全球關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。不斷發(fā)展新能源、推動(dòng)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為了世界能源發(fā)展的趨勢(shì)。但是新能源的大規(guī)模并網(wǎng)會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成一定困擾，新能源的隨機(jī)波動(dòng)特性造成電力系統(tǒng)調(diào)峰容量、調(diào)頻容量和備用容量很難準(zhǔn)確確定，從而引發(fā)了棄風(fēng)、棄光以及切負(fù)荷的問(wèn)題。所以對(duì)于新能源接入對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的影響及新能源穩(wěn)定控制進(jìn)行分析研究是非常必要的，對(duì)于推動(dòng)新能源發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：新能源;電網(wǎng)穩(wěn)定;控制

引言

目前，能源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源進(jìn)入了快速發(fā)展階段，對(duì)于國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整有著重要的促進(jìn)作用，新能源接入電網(wǎng)已經(jīng)成為了推動(dòng)可再生能源規(guī)?；l(fā)展的趨勢(shì)。新能源接入電網(wǎng)的容量不斷提高，低壓穿越運(yùn)行的方式也隨之增多，新能源電場(chǎng)規(guī)?；尤腚娋W(wǎng)，由于其復(fù)雜的故障電流特性以及間歇性的運(yùn)行方式不利于電網(wǎng)的繼電保護(hù)功能，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，新能源接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性問(wèn)題和穩(wěn)定控制方法對(duì)于提高新能源接入電網(wǎng)的可靠性問(wèn)題具有非常重要的意義。

1新能源接入對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的影響

1.1新能源接入造成的高頻問(wèn)題

此方面的問(wèn)題主要發(fā)生在擾動(dòng)沖擊或者功率過(guò)剩的故障情況中，例如新能源系統(tǒng)在和電網(wǎng)其他部分聯(lián)系通道在功率外送過(guò)程中所出現(xiàn)的解列故障以及閉鎖故障等。對(duì)于新能源接入系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其高頻保護(hù)最主要的作用在于確保發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，一旦由于設(shè)置方面的問(wèn)題而發(fā)生系統(tǒng)故障就會(huì)造成新能源機(jī)組的大范圍退出問(wèn)題。隨著新能源接入系統(tǒng)的規(guī)模不斷增加，由于風(fēng)電以及光伏缺少一次調(diào)頻的能力，使得水電以及火電等機(jī)組調(diào)頻壓力有所上升，從而造成整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)頻情況較差，容易引起原有的高頻保護(hù)裝置無(wú)法和全新的工況進(jìn)行匹配。為了最大程度上防止發(fā)生頻率崩潰的問(wèn)題，要根據(jù)新能源接入的具體情況來(lái)設(shè)定風(fēng)電以及光伏的高頻保護(hù)值，利用和連鎖切機(jī)的緊密配合來(lái)確保一旦出現(xiàn)高頻故障，并不會(huì)因?yàn)楦哳l保護(hù)的不合理而引發(fā)低頻問(wèn)題。

1.2新能源接入造成的低頻問(wèn)題

新能源接入系統(tǒng)的低頻問(wèn)題一般出現(xiàn)于功率缺額類(lèi)型的故障或擾動(dòng)沖擊的場(chǎng)景，例如該系統(tǒng)與電網(wǎng)其他部分的聯(lián)絡(luò)通道在受電端發(fā)生解列故障，進(jìn)線(xiàn)故障等。新能源接入系統(tǒng)的低頻問(wèn)題通常情況下產(chǎn)生于功率缺額類(lèi)型故障或擾動(dòng)沖擊的情況，例如：電廠(chǎng)機(jī)組掉閘等。新能源對(duì)低頻振蕩的影響主要體現(xiàn)在滲透率水平、控制器和并網(wǎng)點(diǎn)位置等，掌握無(wú)阻尼控制的新能源對(duì)低頻振蕩的影響具有非常重要的意義。一是光伏滲透率對(duì)低頻振蕩的影響非常重要。利用模式分析和時(shí)域仿真對(duì)電力系統(tǒng)的小信號(hào)穩(wěn)定性的影響或者為正或者為負(fù)，主要決定因素為光伏的系統(tǒng)容量、滲透率和地點(diǎn)等。對(duì)于大型互聯(lián)系統(tǒng)，光伏高滲透率對(duì)輸電系統(tǒng)功角動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性將產(chǎn)生重要的影響。光伏高滲透率不利于阻尼區(qū)間的低頻振蕩，分布式相對(duì)于集中式光伏能夠獲得更好的區(qū)間振蕩抑制效果。光伏系統(tǒng)不會(huì)引入新的低頻振蕩模式，對(duì)低頻振蕩產(chǎn)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(tǒng)接入大容量的系統(tǒng)亦然能夠形成較大的功率振蕩[2]。二是風(fēng)電滲透率對(duì)低頻振蕩模式的影響主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、風(fēng)電控制器等，滲透率高可以導(dǎo)致阻尼的增加或減少，提高滲透率和電壓控制環(huán)路增益能夠有效地改善阻尼。風(fēng)電場(chǎng)自身屬性如并網(wǎng)點(diǎn)位置、容量和控制方式等會(huì)對(duì)振蕩模式產(chǎn)生重要影響，輕載運(yùn)行有利于阻尼振蕩，相反重載對(duì)阻尼振蕩不利。

1.3新能源接入系統(tǒng)故障之后的孤島問(wèn)題

新能源接入系統(tǒng)之后一旦出現(xiàn)故障，此系統(tǒng)就會(huì)和電網(wǎng)脫開(kāi)，從而使得新能源系統(tǒng)出現(xiàn)孤島問(wèn)題。在此情況下整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行波動(dòng)嚴(yán)重，為了防止發(fā)生孤島情況，一旦出現(xiàn)故障就要降低電壓，這就會(huì)造成風(fēng)機(jī)的切記問(wèn)題。若是電壓降低處在風(fēng)機(jī)需要實(shí)施低壓穿越的界限范圍內(nèi)，那么要確保風(fēng)機(jī)連續(xù)工作時(shí)間在625ms以上，在此過(guò)程中若是斷路器發(fā)生切斷就會(huì)造成孤島問(wèn)題。若是系統(tǒng)中發(fā)生過(guò)電壓情況就會(huì)切斷某些風(fēng)機(jī)。若是還存在工作中的風(fēng)機(jī)，那么孤島系統(tǒng)也會(huì)處于波動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)中的相應(yīng)元件都會(huì)失效。孤島問(wèn)題的影響可以分為如下幾方面：涉網(wǎng)保護(hù)不能正常的運(yùn)行，一旦將故障清除之后，風(fēng)機(jī)在爬坡過(guò)程中就會(huì)逐漸恢復(fù)有功功率，若是增加風(fēng)機(jī)的控制方法就能夠提升風(fēng)機(jī)控制的效果，能夠有效提升其適應(yīng)性，風(fēng)機(jī)涉網(wǎng)保護(hù)存在不相符的動(dòng)作，除了去除掉的風(fēng)機(jī)之后，其他的風(fēng)機(jī)和本地負(fù)荷可以很好的進(jìn)行匹配。

2新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)分析

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

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)主要是利用通道將多套穩(wěn)定的控制裝置形成為整體，構(gòu)建起主從式的單層結(jié)構(gòu)，采取主站—子站的設(shè)定方式，其中一個(gè)主站為核心部分，其余子站為執(zhí)行層，兩者之間利用光纖通道實(shí)施連接。

安全穩(wěn)定系統(tǒng)除了可以進(jìn)行主從式單層結(jié)構(gòu)設(shè)置之外，也可以將其設(shè)置成為復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以設(shè)置兩個(gè)以及多個(gè)主站，不同的子站能夠支持接收各個(gè)主站的通信數(shù)據(jù)。

2.2站點(diǎn)結(jié)構(gòu)

2.2.1主站情況

主站主機(jī)的作用在于如下幾方面：和子站進(jìn)行通信、對(duì)于從站采集的數(shù)據(jù)以及判定結(jié)果進(jìn)行接收、對(duì)于相應(yīng)的動(dòng)作信號(hào)進(jìn)行采集。一旦系統(tǒng)方面出現(xiàn)故障，主機(jī)收到動(dòng)作信號(hào)后就會(huì)向子站發(fā)送跳閘指令。主站從機(jī)的作用在于如下幾方面：數(shù)據(jù)采集以及計(jì)算，對(duì)于接入間隔電壓進(jìn)行判斷、頻率判據(jù)、功率判據(jù)、和主機(jī)進(jìn)行通信以及報(bào)送數(shù)據(jù)結(jié)果等等。

2.2.2子站情況

子站主機(jī)的作用在于如下幾方面：和主站裝置實(shí)施通信、接收主站發(fā)出的指令、接收本站從機(jī)采集的數(shù)據(jù)以及動(dòng)作。數(shù)據(jù)采集以及計(jì)算，對(duì)于接入間隔電壓進(jìn)行判斷、頻率判據(jù)、功率判據(jù)、和主機(jī)進(jìn)行通信以及報(bào)送數(shù)據(jù)結(jié)果、接收主機(jī)下達(dá)的遠(yuǎn)跳指令就地判據(jù)執(zhí)行跳閘出口，同時(shí)將動(dòng)作上報(bào)主機(jī)。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要按照具體情況來(lái)確定主站以及子站的位置。但是常規(guī)情況下主站會(huì)設(shè)置在系統(tǒng)側(cè)變電站，子站會(huì)設(shè)置在新能源側(cè)站點(diǎn)。兩者之間采取光纖進(jìn)行通信，站間以及站內(nèi)通信采取HDLC協(xié)議進(jìn)行。

2.3工作原理

新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)工程應(yīng)用宜采用兩層架構(gòu)：主站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)。主站系統(tǒng)用于判別系統(tǒng)側(cè)繼電保護(hù)保護(hù)動(dòng)作、過(guò)頻動(dòng)作以及斷路器偷跳等行為，當(dāng)這些動(dòng)作行為經(jīng)就地判據(jù)確認(rèn)，造成新能源電源孤島運(yùn)行時(shí)，為防止小電源對(duì)系統(tǒng)側(cè)電網(wǎng)二次保護(hù)控制系統(tǒng)、用戶(hù)用電設(shè)備以及人員安全構(gòu)成威脅，主站系統(tǒng)向子站系統(tǒng)發(fā)遠(yuǎn)跳命令，切除新能源小電源，保證系統(tǒng)側(cè)電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。子站系統(tǒng)用于執(zhí)行主站遠(yuǎn)跳命令，當(dāng)接收到主站系統(tǒng)遠(yuǎn)跳命令后，子站系統(tǒng)經(jīng)就地判據(jù)確認(rèn)，跳開(kāi)小電源聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。與子站從機(jī)配置使用的遠(yuǎn)跳裝置用于接收子站的間隔跳閘命令，經(jīng)就地判據(jù)確認(rèn)子站側(cè)間隔開(kāi)關(guān)跳閘后，跳開(kāi)對(duì)應(yīng)間隔的本側(cè)開(kāi)關(guān)。

結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了新能源接入對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的影響情況，在此基礎(chǔ)上提出了新能源穩(wěn)定控制的相關(guān)內(nèi)容。通過(guò)本文的介紹能夠?qū)π履茉吹倪M(jìn)一步應(yīng)用提供參考和幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]桂永光.新能源發(fā)電接入泗洪電網(wǎng)的繼電保護(hù)配置研究[J].機(jī)電信息，2017，（18）：54-55.

[2]方宇娟，王秀麗，師婧等.計(jì)及新能源接入的省級(jí)電網(wǎng)效率效益評(píng)估[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017，（7）：2138-2145.

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