探討新能源接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響

李訓(xùn)忠

(南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司)

0 引言

新能源具有間歇性和非穩(wěn)定性等特性, 其在接入時(shí)極易發(fā)生新問題, 嚴(yán)重地威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定, 導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量下降等問題。因此, 在進(jìn)行新能量的接入問題的時(shí)候, 必須根據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況,確定新能量的運(yùn)作的影響原因, 理解崇明及對電力系統(tǒng)的影響, 進(jìn)而, 針對具體情況制定高效的接入方案, 充分發(fā)揮新能源技術(shù)的優(yōu)越性。

1 新能源發(fā)展優(yōu)勢

在中國, 太陽能和風(fēng)能作為兩種主要的可再生能源, 正得到廣泛的應(yīng)用和推廣, 其中, 風(fēng)電占主導(dǎo)的位置, 而且, 在社會(huì)中, 關(guān)于風(fēng)電發(fā)展所展開的研究也是相當(dāng)多的, 技術(shù)發(fā)展也是相當(dāng)?shù)赝晟?。因? 風(fēng)電的發(fā)展前景十分廣闊, 風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展也是目前風(fēng)電發(fā)展的熱點(diǎn)。針對新能量產(chǎn)生過程中出現(xiàn)的各種參數(shù)檢測、狀態(tài)精細(xì)表面特性等問題, 提出了相應(yīng)的解決方案。在聯(lián)合國的相關(guān)會(huì)議中, 對于可再生新能源的定義是以油頁巖等形式呈現(xiàn)的。而在中國, 新能源的概念涵蓋了多種類型, 其中包括風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿榷喾N形式的能源。其中風(fēng)能是一種清潔能源。在新疆廣袤的戈壁地帶, 蘊(yùn)藏著豐富的風(fēng)力資源, 可利用這些風(fēng)能發(fā)電。隨著風(fēng)機(jī)控制和傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展, 此外, 還涵蓋了調(diào)節(jié)定槳距失速和變速變槳距等方面的內(nèi)容。其中, 風(fēng)力發(fā)電是我國最重要的能源之一。目前, 西北、西部和西南部地區(qū)是國內(nèi)光能較強(qiáng)的區(qū)域, 由于這些地區(qū)的光照強(qiáng)度較高,因此可以利用光能進(jìn)行發(fā)電或?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模開發(fā)。另外, 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技水平的發(fā)展, 人們對于電力需求越來越大。在我國沿海地帶, 由于其具有比較高的發(fā)展水平和比較大的建筑面積, 因此可以將屋頂太陽電池與房屋集成起來, 并在此基礎(chǔ)上建立光伏電站[1]。

表1 新能源發(fā)電增長速度

2 新能源接入對電網(wǎng)穩(wěn)定的影響

2.1 新能源接入造成的低頻問題

在功率缺額類型或干擾沖擊情況下, 售電端可能會(huì)出現(xiàn)解列缺陷, 這種缺陷主要出現(xiàn)在系統(tǒng)和電網(wǎng)的其他區(qū)域, 還有進(jìn)線缺陷等。此外, 因?yàn)楣β什蛔愫透蓴_的影響, 也會(huì)引起電力系統(tǒng)的低頻問題, 如電廠機(jī)組掉閘等。研究新能源并網(wǎng)時(shí), 其在低頻率下的波動(dòng)特性, 就必須理解其在不同頻率下的減振機(jī)理[2]。

2.1.1 有關(guān)風(fēng)電滲透率對于低頻振動(dòng)的影響

該因素對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及風(fēng)力發(fā)電控制器的性能產(chǎn)生了顯著影響。在提高滲透性的同時(shí), 減振效果也會(huì)隨之下降, 因此可以采用提高滲透性和調(diào)節(jié)電壓的方式來實(shí)現(xiàn)減振效果的最優(yōu)。此外, 風(fēng)電場的特征(并網(wǎng)點(diǎn)的位置、容量以及控制方式等) 也會(huì)對波動(dòng)模式產(chǎn)生影響, 不同的負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生不同的效應(yīng),

其中, 輕載的操作更利于阻尼波動(dòng), 而重載的操作則相反。

2.1.2 有關(guān)光伏滲透率對于低頻振動(dòng)的影響

在大規(guī)模電網(wǎng)中, 高滲透率的電力傳輸對電網(wǎng)功率輸出的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定有很大的影響。它在減振頻率范圍內(nèi)存在較大幅度的振蕩, 而在減振頻率范圍內(nèi), DPS對減振頻率范圍內(nèi)的振蕩影響較大。在使用光伏系統(tǒng)時(shí), 并不會(huì)生成一種全新的低頻波動(dòng), 同時(shí), 對于低頻波動(dòng)具有較大影響的光伏電站也并不是高滲透率和大容量的, 將小容量的光伏系統(tǒng)接入到大容量的系統(tǒng)中, 也有可能會(huì)導(dǎo)致較大的功率波動(dòng)[3]。

2.2 新能源接入造成的高頻問題

這個(gè)問題通常出現(xiàn)在干擾沖擊或者是功率過剩的故障情況下, 例如新能源系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接通道在向外部輸送電力時(shí), 所產(chǎn)生的解列缺陷和閉鎖缺陷等。對新能源并網(wǎng)系統(tǒng)而言, 其最重要的功能是保證機(jī)組的安全穩(wěn)定, 如果因裝置設(shè)計(jì)上的原因?qū)е碌南到y(tǒng)失效, 這將會(huì)引起新能源裝置大面積撤出的問題。隨著新能源電力供應(yīng)的不斷增加, 因?yàn)轱L(fēng)力、太陽能電池缺乏一次調(diào)頻的功能, 導(dǎo)致了水力發(fā)電、火電等機(jī)組的調(diào)頻壓力越來越大, 進(jìn)而導(dǎo)致了整體系統(tǒng)的調(diào)頻狀態(tài)變得越來越糟糕, 很可能會(huì)導(dǎo)致原來的高壓保護(hù)設(shè)備與全新的工作狀態(tài)相沖突。為了最大程度地防止頻率坍塌, 必須根據(jù)新能源接入的具體情況, 對風(fēng)扇和光電的高頻保護(hù)值進(jìn)行設(shè)定, 并與連鎖切機(jī)進(jìn)行緊密配合, 確保在發(fā)生高頻故障時(shí), 不會(huì)因?yàn)椴缓侠淼母哳l保護(hù)而導(dǎo)致低頻問題[4]。

2.3 新能源接入系統(tǒng)故障之后的孤島問題

新能源接入系統(tǒng)之后, 如果發(fā)生了問題, 那么這個(gè)新能源系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)孤島問題。在這種條件下, 整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生劇烈地波動(dòng), 為避免產(chǎn)生孤立現(xiàn)象, 如果有故障的情況發(fā)生, 必須要調(diào)壓, 這樣會(huì)引起風(fēng)機(jī)的切記問題。如果電壓下降處在風(fēng)機(jī)需要實(shí)施低壓穿越的極限范圍內(nèi), 則要保證風(fēng)機(jī)的持續(xù)工作時(shí)間達(dá)到625ms, 此時(shí), 一旦斷開, 就會(huì)造成孤立的問題。在發(fā)生過載時(shí), 部分風(fēng)扇將停止工作如果風(fēng)機(jī)仍在運(yùn)轉(zhuǎn), 則整個(gè)孤島系統(tǒng)也將處在一個(gè)波動(dòng)的狀況,使得相關(guān)的部件全部失去作用。孤島問題的影響作用主要包括以下幾個(gè)部分: 當(dāng)涉及網(wǎng)保護(hù)不能進(jìn)行正確的操作時(shí), 將故障排除后, 在上山過程中, 風(fēng)扇將逐漸回復(fù)到有功狀態(tài), 若增加風(fēng)扇的控制模式, 就可以提高風(fēng)機(jī)的控制效率, 可以提高其適應(yīng)能力, 與風(fēng)機(jī)的涉網(wǎng)保護(hù)有著不符合的操作, 除去被移走的風(fēng)機(jī)之后, 剩余的風(fēng)機(jī)能夠完全符合當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷[5]。

3 新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)分析

為確保新能源接入后電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性, 實(shí)施了一套新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)。它可以完成切機(jī)、切負(fù)荷、直流功率緊急提升以及回降、快速減出力等幾方面的工作, 它對整體電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著十分關(guān)鍵的影響。總體而言, 為確保地區(qū)和大范圍電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制, 新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)采用通信網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)廠站的安全穩(wěn)定控制設(shè)備相互連接。

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

通過管道將多組穩(wěn)定的控制設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起, 形成了一種主從式的單層結(jié)構(gòu), 從而實(shí)現(xiàn)了安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的構(gòu)建, 采用了主站-子站的設(shè)置, 一個(gè)主站為中心, 其余子站為執(zhí)行層, 二者通過光纖通道實(shí)現(xiàn)了連接, 如圖1 所示。除可以進(jìn)行主從單級配置設(shè)定以外, 該安全穩(wěn)定系統(tǒng)還可以設(shè)定為組合配置, 該組合配置可以設(shè)有兩個(gè)以上的主站, 并且, 該多個(gè)子站可以提供對每個(gè)主站的通信數(shù)據(jù)的支持, 該安全穩(wěn)定系統(tǒng)的具體配置見圖2。

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(fù)合結(jié)構(gòu)

3.2 站點(diǎn)結(jié)構(gòu)

主站與子站的硬件構(gòu)成是一致的, 在各個(gè)站點(diǎn)的配置上也相同, 都是采用1 個(gè)主機(jī), 1—4 個(gè)從機(jī)的配置模式。

3.2.1 主站情況

通過管道將多組穩(wěn)定的控制設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起, 形成了一種主從式的單層結(jié)構(gòu), 從而實(shí)現(xiàn)了安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的構(gòu)建。當(dāng)某一環(huán)節(jié)發(fā)生了錯(cuò)誤時(shí), 在接收到操作信息后, 將給子站發(fā)送跳閘指令。主站從機(jī)主要起到以下幾個(gè)方面: 對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和操作,對接入間隔電壓、頻率判據(jù)、功率判據(jù)、與主機(jī)進(jìn)行通信, 并將數(shù)據(jù)結(jié)果匯報(bào)上去[6]。

3.2.2 子站情況

子站的作用是與主機(jī)進(jìn)行通訊, 接受主機(jī)發(fā)出的指令, 接受從主機(jī)獲得的資料, 完成主機(jī)的各項(xiàng)工作。對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和計(jì)算, 對接入間隔電壓, 頻率判據(jù),功率判據(jù), 與主機(jī)展開通信, 并將數(shù)據(jù)的結(jié)果上報(bào)。

接收主機(jī)下達(dá)的遠(yuǎn)眺命令, 現(xiàn)場判據(jù), 實(shí)施跳閘的退出, 并將該行動(dòng)向主機(jī)匯報(bào)。從整體上看, 要根據(jù)實(shí)際的條件, 分別選擇不同的站點(diǎn)和不同的站點(diǎn)。而一般的方式, 則是將主站設(shè)于電網(wǎng)一側(cè)的變電所,而將子站設(shè)于電網(wǎng)一側(cè)的變電所。二者的通訊采用了光纜, 而臺間和臺內(nèi)的通訊采用了HDLC 的通訊方式。

3.3 基本工作情況

新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)分為主站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)兩個(gè)層次, 其中主站系統(tǒng)負(fù)責(zé)識別系統(tǒng)側(cè)繼電保護(hù)動(dòng)作、過頻動(dòng)作以及斷路器偷跳的情況。子站系統(tǒng)的主要功能就是執(zhí)行主站遠(yuǎn)動(dòng)信號。當(dāng)這些操作被判定為新能源孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí), 主站系統(tǒng)會(huì)向子站系統(tǒng)發(fā)出指令, 以切斷小電源, 從而避免小電源對系統(tǒng)側(cè)電網(wǎng)的二次保護(hù)控制系統(tǒng)、用戶用電設(shè)備和人員安全造成的潛在威脅, 以確保系統(tǒng)側(cè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)主站系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)對子站系統(tǒng)的控制時(shí), 可以采用遠(yuǎn)程遙控方式對其進(jìn)行控制。子站的職能在于執(zhí)行主站的遠(yuǎn)程跳躍指令, 一旦接收到該指令, 子站系統(tǒng)即可自動(dòng)啟動(dòng)小功率聯(lián)絡(luò)開關(guān)以實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。

4 結(jié)束語

綜上所述, 新能源的接入對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著很大的作用, 所以, 在對其進(jìn)行分析時(shí),要發(fā)現(xiàn)新能源對其造成的影響, 并對其造成的原因進(jìn)行深刻的剖析。要做好新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究, 要加大新能源接入的力度, 使新能源的作用和優(yōu)勢得到最大程度的利用, 減少對環(huán)境的污染,促進(jìn)社會(huì)的快速發(fā)展。