引言
近年来新能源装机容量快速增长,随之带来的是高比例新能源电力消纳问题。由于新能源出力特性不稳定、调峰能力不足、电网输电通道能力不足、促进新能源消纳的相关补偿机制不完善等方面的因素,限制了电网消纳新能源的能力。如何结合地区电源、负荷特性和电网结构特点,定量分析研究电网对新能源的接纳能力具有重要意义。
1新能源集中接入对电力系统的影响
对于目前的电力系统而言,新能源风电并网容量在其中的使用比重越来越大,而且对稳定电力系统有着重要的作用,特别是对于小干扰稳定。大规模风电集中接入使得电力系统变得更加的复杂,但是对于一些问题来讲,单纯的几个运行方式并不能说明一些问题。负阻尼机理是一种采用线性化模型进行分析的研究方法,研究的结果都比较近似。这种方法使用的时机也是有一定的要求,只有在运行参数在准稳定运行点附近时运行才有效果,如果参数波动比较大时,依旧采用这种方法就会造成很大的误差,从而造成电力系统的不稳定。在最近的一段时间,我国的一些电力系统往往会产生一些不明原理的低频振荡,造成很大的影响,而且随着电力系统规模不断的增加,就需要进一步的研究一些分析方法,从而提高电力系统的稳定性。
2新能源大出力方式分析
2.1新能源大出力方式下的电压水平分析
电网内风电场和光伏电站全部按0.8同时率考虑,新能源场站内按照未配置无功补偿装置考虑,QS750kV新能源汇集站投两组120Mvar低容.新能源集中接入地区的风电场和光伏电站,其母线电压水平大多已经下降至额定电压(750kV、330kV、35kV)以下,部分新能源场站接入电网侧变电站的母线电压水平也低于其额定电压。QS750kV新能源汇集站附近地区有大量新能源集中接入,其接入地区的330kV电网电压水平较低,部分330kV母线电压水平在325kV以下。
2.2新能源出力变化造成的电压波动分析
功率变化对电压的影响与接入站点短路容量有关,接入点的短路容量越大,功率变化对电网电压波动的影响就越小。单一新能源场站出力从0到最大同时率之间变化,对电网侧330kV接入母线造成的电压波动最大幅度为6.71kV,不影响电网正常运行。电网QS750kV新能源汇集站的330kV母线均有多个新能源场站接入,这些新能源场站的出力同时变化时,会引起更大幅度的接入点母线电压波动,而且从同一接入点接入的新能源场站地理位置分布集中,其出力变化具有更大的相关性,容易出现出力同时增加或下降的情况。接入QS330kV母线的新能源场站包括:ND光伏电站装机1.5GW,ZM光伏电站装机2GW,YC光伏电站装机0.25GW。
3新能源集中接入对电网保护影响分析及应对策略
3.1含风电电力系统的暂态稳定性分析的必要性
在大容量风电并网运行的情况下,由于风电出力的不确定性,电网的运行特性将会十分复杂,电网的安全形势也与风电大规模并网前的传统电力系统有较大区别。将并网运行的风电场计入电力系统的动态安全分析,有助于电网调度部门更好地安排输电计划、更好地对风电场及常规同步机组进行调度,在保证安全水平的前提下提高输电线路的利用率。因此在当前风电大规模并网的背景下,研究含大规模风电场的电力系统的暂态稳定性对电力系统的运行安全具有重要意义。
3.2新能源电厂的机电暂态模型
不同于传统的同步发电机组,双馈风电机组与永磁直驱风电机组都是变速恒频机组,它们的出力与转速解耦,不能提供与传统同步发电机的电力系统惯量。因此,变速恒频风电场的暂态稳定特性与传统的同步发电机组有较大的区别。在对含有大规模风电的电力系统进行动态安全分析时,需要将不同于传统同步发电机模型的新型风电场的机电暂态模型引入电力系统的动态安全分析中。由于详细的风电机组电磁暂态模型模型考虑了风力发电机定子磁链的动态以及电力电子变换器的动态特性等,在实际工程中使用时存在模型过于复杂、计算时间长等问题。因此必须开发一个由风电机组电磁暂态模型简化而来的机电暂态模型,才能满足电力系统机电暂态仿真的要求。基于异步电机三阶模型,在考虑转子侧变流器的控制策略与Crowbar保护的动作特性的前提下建立了适用于机电暂态仿真的双馈风电机组模型。在PSASP与PSCAD两种仿真环境下测试了简化的双馈风电机组机电暂态模型。文中所介绍的模型与详细的电磁暂态模型能够较精确地吻合,在保证计算精度的前提下大大减少了计算时间。
4优化风力发电接入电网的继电保护策略
在含有风力发电接入的电网中,一般采用限时速断保护,对于所选择的发电机以及系统不同,电流发生故障导致电流的变化也有所差异。它们的共同点都是电流变化的时间较短。科研组在对接入点进行分析后,故障位置在发生变化时与电路系统的机组容量、电流变化以及规模有着一定关系。机组上网位置发生位移之前,发电机组产生的电流增量足够使得电路出现感应磁场,超过线路稳定的电流值,故障出现在机组上网位置下端时,也会使得线路电流变化高于额定的电流,损害电路。不管是一类还是二路故障,电路系统中速断保护装置及时发挥作用,避免线路发生大规模的损坏。当发电机组的装机容量超出限制,风电在上网过程中就会出现故障,线路的电流也会出现变化,继电的保护装置受到破坏。此种方法在配电网接入分布式新能源后运行过程中,对信息进行采集,之后综合信息计算差流,迅速找到发生故障的具体地点,并且直接能够对这个区域监控,防止故障严重影响到周边线路的质量。此种保护策略的配置数据根据运行方式差异略微有所不同,工作人员应当充分根据实际情况做好配置工作,环网差动能有效解决和完善分布式新能源接入应用问题。可控制的断路器分布在不同的支路上时,电路出现故障可以准确计算出差流,如果该值大于0就可以断定此区域出现短路问题,如果发现短路的问题,确定具体的位置,就可以将其断开,将故障点分隔开。在未安装可控的断路器支路上发生故障时,需要将对差流与负荷电流和值两个数据做对比,如果其中一个数值高于另一个则断定位出现短路故障,最后在末端需经过测试才能断定是否有短路现象。
结语
本文基于新能源集中入网时电压频繁越限的问题,提出在变电站引入H桥级联结构的SVG装置动态调节新能源入网电压的管控方案。通过仿真验证了该方案的有效性,为新能源的集中送出提供了一种安全的管控措施,供电网电压治理参考。
参考文献
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[2]崔正湃,王皓靖,马锁明,等.大规模风电汇集系统动态无功补偿装置运行现状及提升措施[J].电网技术,2015,39(7):1874-1878.