新能源接入對電網(wǎng)運(yùn)行影響

蔣翔，滕其澤，劉峻何

(1.云南省電力設(shè)計(jì)院，昆明 650051；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

新能源接入對電網(wǎng)運(yùn)行影響

蔣翔1，滕其澤2，劉峻何2

(1.云南省電力設(shè)計(jì)院，昆明 650051；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

介紹楚雄州新能源發(fā)展情況，楚雄北部電網(wǎng)與主網(wǎng)聯(lián)系長距離聯(lián)系，且110 kV供電半徑大，近區(qū)電網(wǎng)已有鐵路牽引變等沖擊性負(fù)荷，是楚雄州電網(wǎng)相對最為薄弱的環(huán)節(jié)。大量新能源接入后，需對新能源造成電網(wǎng)的潮流分布變化，無功電壓變化，系統(tǒng)短路水平以及新能源與電網(wǎng)間的交互影響、電能質(zhì)量方面的問題展開深入研究。

新能源；電網(wǎng)；運(yùn)行

1 新能源運(yùn)行影響

1.1 潮流的影響

對2015年選取潮流較重的豐季腰荷方式，新能源接入后，楚雄北部出現(xiàn)了大量盈余，需通過220 kV線路外送至主網(wǎng)。而外送通道相對單一、薄弱，此方式下存在窩電的可能。

1.2 對短路水平影響

隨著楚雄北部新能源規(guī)模的顯著增加，有必要校核接入后對于電網(wǎng)接入點(diǎn)的短路電流的影響。對新能源采用全開機(jī)的方式，得到新能源接入后對于電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)短路水平的影響，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，新能源接入后對各節(jié)點(diǎn)均造成短路電流水平增加，但增加幅度在0.15～1.3 kA之間，增加絕對值不大。新能源電源對短路電流的貢獻(xiàn)較小，故障時(shí)短路電流主要來自主網(wǎng)，50 MW的光伏甚至比5 MW感應(yīng)電機(jī)提供的短路電流還要小得多。

1.3 新能源與電網(wǎng)交互穩(wěn)定影響

1.3.1 低電壓穿越能力

根據(jù)規(guī)程規(guī)定，風(fēng)電及光伏電站在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)均需要具有低電壓穿越能力，如圖1所示，在輪廓線及輪廓線以上的區(qū)域新能源電站應(yīng)并網(wǎng)運(yùn)行。

圖1 新能源低電壓穿越能力要求

1.3.2 電網(wǎng)擾動對新能源影響

在電網(wǎng)發(fā)生較大擾動或故障時(shí)，新能源能否保持并網(wǎng)點(diǎn)電壓水平是不脫網(wǎng)的關(guān)鍵。本小節(jié)對各種電網(wǎng)擾動進(jìn)行了仿真計(jì)算，選取典型新能源并網(wǎng)點(diǎn)的電壓暫態(tài)曲線如下，分析楚雄北部新能源的抗擾動能力。

圖2 500 kV呂合-和平三相短路N-1故障相關(guān)電氣量

圖3 220 kV元謀-永定三相短路N-1故障相關(guān)電氣量

圖4 110 kV黃瓜園-元謀三相短路N-1故障相關(guān)電氣量

當(dāng)近區(qū)線路三相短路N-1故障后，大部分新能源并網(wǎng)點(diǎn)電壓在故障后跌落至30%-40%左右，如果具備低電壓穿越能力，則能夠不脫網(wǎng)運(yùn)行；如果不具備則可能造成新能源機(jī)組脫網(wǎng)，從而給電網(wǎng)帶來二次沖擊。但如果擾動故障點(diǎn)距離新能源過近，即使具備低電壓穿越能力，也將造成其脫網(wǎng)。

經(jīng)計(jì)算，電網(wǎng)發(fā)生擾動時(shí)如果不具備低電壓穿越能力，其可能的脫網(wǎng)次數(shù)將比具備低電壓穿越能力多約225次，脫網(wǎng)的幾率高出約4倍，幾乎不能承受電網(wǎng)發(fā)生任何故障。

1.3.3 新能源對電網(wǎng)的穩(wěn)定影響

考慮最為嚴(yán)重的情況，對滿發(fā)狀態(tài)下新能源全部脫網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析，從而校核由于新能源的故障對電網(wǎng)造成的影響。仿真計(jì)算結(jié)果如下：

根據(jù)仿真結(jié)果可知，如果楚雄北部近區(qū)的新能源在滿發(fā)的情況下無故障全部同一時(shí)刻脫網(wǎng)，將對近區(qū)電網(wǎng)的電壓、頻率、潮流、機(jī)組功角等造成相應(yīng)的影響。但由于系統(tǒng)本身旋轉(zhuǎn)備用充足，計(jì)算新能源規(guī)模占比較小，距離主網(wǎng)電氣距離相對較近，在此最嚴(yán)重的情況，電網(wǎng)也能保持穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 近區(qū)相關(guān)母線電壓、頻率變化情況

圖6 近區(qū)相關(guān)線路潮流、機(jī)組功角變化情況

1.3.4 動態(tài)穩(wěn)定的影響

隨著新能源出力變化，各振蕩阻尼比基本呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。在楚雄北部通道檢修方式下，電氣距離急劇增加，如果新能源的出力達(dá)到90%，超過了線路輸送極限，造成阻尼比降低至5%左右，但總體而言，新能源的接入能夠滿足動態(tài)穩(wěn)定的要求。

1.4 新能源對無功電壓的要求

1.4.1 正常運(yùn)行方式

在新能源大、小方式出力水平不變的情況下，考慮新能源配置無功補(bǔ)償容量。參考已投運(yùn)的風(fēng)電、光伏無功配置，暫按照50 MW新能源配置的無功調(diào)節(jié)范圍為-13～13 MVar考慮。

在新能源電站考慮了無功配置后，隨著新能源出力水平的變化，可合理安排無功出力大小各節(jié)點(diǎn)電壓水平合理，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)壓要求。

1.4.2 故障運(yùn)行方式

下面以電網(wǎng)和平-元謀 (和平側(cè))三相短路N-1故障，河外光伏電站為例，分別考慮無補(bǔ)償、配置SVC(-13～13 MVar)、配置SVG(-13～13 MVar)情況下，并網(wǎng)點(diǎn)電壓恢復(fù)情況情況。

圖7 無補(bǔ)償、SVC、SVG補(bǔ)償情況下河外光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓恢復(fù)情況

考慮SVG補(bǔ)償后，電壓恢復(fù)速度更快，恢復(fù)水平高，對故障后的無功支撐更為明顯。綜合正常運(yùn)行、事故方式下系統(tǒng)及新能源電站對于無功電壓的要求，建議新能源并網(wǎng)時(shí)選擇SVG無功補(bǔ)償裝置，提供動態(tài)無功調(diào)節(jié)。

2 新能源對電能質(zhì)量的影響

2.1 電壓波動

不失一般性，在2015年豐季腰荷方式，楚雄北部新能源出力從0～90%逐漸增大，并考慮配置SVG，對相關(guān)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓變化進(jìn)行計(jì)算，電壓波動情況如下：

圖10 新能源出力由0～90%變化情況下各節(jié)點(diǎn)電壓變化情況

考慮全部新能源出力同時(shí)變化時(shí)，電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓波動明顯大于僅計(jì)及單個(gè)新能源。光伏、風(fēng)電場屬均隨機(jī)性不規(guī)則干擾源，電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)最大電壓變化率約為2.3%，小于并網(wǎng)點(diǎn)的電壓波動的限值為2.5%?；緷M足電壓波動限制要求，但裕度較小。

2.2 電壓閃變

新能源接入后，在連續(xù)運(yùn)行、額定風(fēng)速啟動和切入風(fēng)速啟動時(shí)，近區(qū)110 kV側(cè)的閃變值均滿足限值要求。就整個(gè)北部電網(wǎng)片區(qū)來看，由于風(fēng)機(jī)、光伏逆變引起電壓變動的同時(shí)率較低，新能源接入對電網(wǎng)相關(guān)母線電壓閃變影響較小。

2.3 諧波分析

根據(jù)2012年各電鐵牽引變運(yùn)行的實(shí)測數(shù)據(jù)，采用風(fēng)機(jī)及光伏逆變器的典型參數(shù)，開展楚雄北部的諧波分析：新能源接入前受電鐵諧波影響較為嚴(yán)重，接入后諧波含有率變化也較為明顯，電壓總畸變率增大20%左右。新能源接入后進(jìn)一步惡化了元謀片區(qū)的諧波問題，同時(shí)造成永定變片區(qū)諧波有小幅增加，其中3、5、7次諧波電壓超限最為嚴(yán)重。

考慮到楚雄北部電網(wǎng)的諧波問題目前已經(jīng)較為突出，建議電網(wǎng)密切關(guān)注和重視新能源諧波問題；建議在電站內(nèi)配置諧波治理成套裝置，盡可能地減少諧波產(chǎn)生，避免楚雄北部電能質(zhì)量進(jìn)一步惡化。

3 結(jié)束語

1)綜合潮流影響、穩(wěn)定分析、短路電流貢獻(xiàn)、無功電壓、電能質(zhì)量等多方面的分析，大量新能源接入后楚雄北部外送斷面難以完全滿足要求，且對楚雄北部的電能質(zhì)量問題可能造成進(jìn)一步的惡化，其他方面也會造成降低運(yùn)行裕度。

2)建議政府積極引導(dǎo)中小水電、風(fēng)電、光伏等各類電源的協(xié)調(diào)有序發(fā)展，完善適應(yīng)于新能源并網(wǎng)相關(guān)政策，避免大規(guī)模、短時(shí)間大規(guī)模新能源的無序開發(fā)，做到電網(wǎng)、電源協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展。

3)建議新能源并網(wǎng)時(shí)采用無功補(bǔ)償與諧波治理成套裝置的SVG，提高運(yùn)行電壓穩(wěn)定性方面，盡可能地減少諧波產(chǎn)生。

[1] 湯宏，等.包含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定分析建模及仿真 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，28(1)：39-41.

[2] 楊德州，等.大型分布式電源模型化研究及其并網(wǎng)特性分析 (光伏電站專題)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(18)：105-106. [3] 遲永寧，等.大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)引起的電力系統(tǒng)運(yùn)行與穩(wěn)定問題及對策 [J].電力設(shè)備，2008，9(11)：16-18.

[4] 張巍，等.基于MATLAB-PSASP的光伏并網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算模型 [J].電力自動化設(shè)備，2012，32(6)：80 -84.

Research on Influence of Renewable Energy Access in Operation of Chuxiong Northern Power Grid

JIANG Xiang1，TENG Qize2，LIU Junhe2
(1.Yunnan Electric Power Design Institute，Kunming 650051，China；2.Chuxiong Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Co.Ltd.，Chuxiong，Yunnan 675000，China)

Currently，large-scale grid-connected photovoltaic，wind power and other new energy are still in the initial stage.Chuxiong region has rich resources of wind energy，solar energy，and it is the rapid development area of new energy in Yunnan province.North of chuxiong power grid is far apart from main grid，and 110 kV power supply radius is too far，and near region power grid has existed the impact of railway traction substation load，thus it is the weakest part of chuxiong power grid.After a number of new energy access，the impact on power flow，reactive power and voltage，the system short circuit level，mutual influence，the quality of electric energy and so on is needed to be concerned.

renewable energy；power grid；operation

TM74

B

1006-7345(2015)03-0065-03

2015-1-4

蔣翔 (1986)，碩士，工程師，云南省電力設(shè)計(jì)院，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè) (e-mail)jotti159＠126.com。

滕其澤 (1979)，助理工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃相關(guān)專業(yè) (e-mail)tengqize＠163.com。

劉峻何 (1984)，助理工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃相關(guān)專業(yè) (e-mail)cxjhfzb＠163.com。