儲(chǔ)能系統(tǒng)接入對(duì)電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定影響研究*

饒宇飛, 曹曉璐, 楊海晶, 和 萍, 李 釗, 馬 濤

(1.國網(wǎng)河南省電力公司 電力科學(xué)研究院, 河南 鄭州 450052;2.河南合眾電力技術(shù)有限公司, 河南 鄭州 450052;3.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院, 河南 鄭州 450002)

0 引 言

近年來我國能源需求增長強(qiáng)勁,能源生產(chǎn)和消費(fèi)面臨轉(zhuǎn)型。國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合印發(fā)的《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略(2016—2030)》中提出,到2020年全面啟動(dòng)能源革命體系布局,推動(dòng)化石能源清潔化,2021年至2030年,非化石能源占能源消費(fèi)總量比重達(dá)到20%左右,到2050年,非化石能源占比超過50%[1]。大規(guī)模利用清潔能源發(fā)電將是未來新一代電力系統(tǒng)的主要方向[2]。電力能源結(jié)構(gòu)變化對(duì)電網(wǎng)安全性、適應(yīng)性、資源優(yōu)化配置能力提出挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與可再生能源發(fā)電機(jī)組互補(bǔ),保證其能夠在較大的功率范圍內(nèi)工作,在并網(wǎng)和孤島模式下維持系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行,減緩可再生能源間歇輸出所引起的功率波動(dòng)[3-4]。此外,電力系統(tǒng)互聯(lián)規(guī)模擴(kuò)大,電磁阻尼不足造成低頻振蕩問題日益嚴(yán)重。儲(chǔ)能可靈活實(shí)現(xiàn)有功和無功功率快速解耦控制,作為一類瞬時(shí)響應(yīng)的電源為傳統(tǒng)電網(wǎng)和新一代電網(wǎng)在發(fā)、輸、配、用電各個(gè)環(huán)節(jié),因改變現(xiàn)有電力系統(tǒng)供需瞬時(shí)平衡而帶來根本性影響[5-7]。因此,無論是新一代電網(wǎng)適應(yīng)大規(guī)?？稍偕茉唇尤?還是變革傳統(tǒng)電網(wǎng)升級(jí)模式,儲(chǔ)能技術(shù)都是加強(qiáng)新能源并網(wǎng)后電網(wǎng)安全,提高電網(wǎng)穩(wěn)定的最佳解決方案之一,如何利用儲(chǔ)能技術(shù)更好地平抑?jǐn)_動(dòng),減小系統(tǒng)振蕩是當(dāng)前熱門研究課題。

圍繞儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用,國內(nèi)外學(xué)者已做了相關(guān)研究。針對(duì)儲(chǔ)能作用機(jī)理方面,大多采用阻尼轉(zhuǎn)矩分析法、特征根分析法和等面積特解法3個(gè)方面展開研究。文獻(xiàn)[8-10]基于等面積法、小干擾分析法和阻尼轉(zhuǎn)矩分析法研究儲(chǔ)能提高小干擾穩(wěn)定的原理、作用機(jī)理及阻尼轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生、傳遞、影響模態(tài)阻尼作用,表明儲(chǔ)能可以提供正阻尼,抑制低頻振蕩。再從單機(jī)無窮大系統(tǒng)到含儲(chǔ)能的多機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和仿真,提出一種儲(chǔ)能參數(shù)配置方法。文獻(xiàn)[11]利用阻尼轉(zhuǎn)矩分析法和特征值分析法分析有功、無功功率調(diào)制的儲(chǔ)能穩(wěn)定控制作用路徑及機(jī)理,證明有功調(diào)制通過電磁功率改變電磁轉(zhuǎn)矩,無功調(diào)制通過改變機(jī)端電壓對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生作用。有功調(diào)制在阻尼比增長、適用性上效果更好。結(jié)果表明:下垂控制和功率控制是儲(chǔ)能慣性效應(yīng)與阻尼效應(yīng)的主要來源,通過下垂系數(shù)和功率環(huán)PI參數(shù)優(yōu)化即可等效改變系統(tǒng)慣性/阻尼特性。針對(duì)儲(chǔ)能阻尼控制器設(shè)計(jì)方面,文獻(xiàn)[12]基于一致性理論的分布式控制方法,通過設(shè)置電壓外環(huán)控制器的帶寬,實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能之間功率分頻分配解決多組混合儲(chǔ)能間功率分配問題,通過小干擾穩(wěn)定分析和穩(wěn)態(tài)分析,證明系統(tǒng)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[13]考慮蓄電池高能量密度和超級(jí)電容器高功率密度特點(diǎn),以風(fēng)電功率小波包分解所得中高頻分量作為兩種儲(chǔ)能充放電參考功率,提出基于荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)的功率協(xié)調(diào)控制方法,并對(duì)兩種儲(chǔ)能配合的各SOC工況進(jìn)行詳細(xì)討論。文獻(xiàn)[14-15]提出一種儲(chǔ)能虛擬慣性與虛擬下垂的綜合控制策略,分別結(jié)合調(diào)頻指標(biāo)確定儲(chǔ)能動(dòng)作時(shí)間與出力,考慮兩種策略優(yōu)點(diǎn)采用頻差分段控制從而以較小儲(chǔ)能容量和較好電池SOC就能滿足調(diào)頻指標(biāo)。文獻(xiàn)[16]提出基于SOC反饋的風(fēng)儲(chǔ)控制策略,實(shí)時(shí)監(jiān)測電力系統(tǒng)頻率和儲(chǔ)能SOC狀態(tài),將SOC信號(hào)反饋給風(fēng)機(jī)和發(fā)電機(jī),協(xié)調(diào)機(jī)組調(diào)頻,將儲(chǔ)能維持在最佳工作點(diǎn)。文獻(xiàn)[17]利用Logistic回歸函數(shù),構(gòu)建儲(chǔ)能自適應(yīng)調(diào)頻和自恢復(fù)SOC兩種工況的控制規(guī)律,兼顧儲(chǔ)能調(diào)頻能力及SOC自恢復(fù)需求,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與火電機(jī)組協(xié)調(diào)運(yùn)行。文獻(xiàn)[18]提出應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能的直接轉(zhuǎn)矩控制策略,在磁通減弱、儲(chǔ)能快速充放電模式下比傳統(tǒng)磁通定向控制策略的效率更高,電壓波動(dòng)更小。文獻(xiàn)[19]針對(duì)不同電壓等級(jí)區(qū)域的下垂系數(shù)不均勻,提出基于功率容量的區(qū)域劃分方法,均衡不同區(qū)域的下垂系數(shù),并可根據(jù)實(shí)時(shí)功率在線調(diào)整確保電壓穩(wěn)定。

綜上,現(xiàn)有儲(chǔ)能對(duì)電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性影響的模型研究主要集中在頻率、暫態(tài)、儲(chǔ)能容量及協(xié)調(diào)控制等改進(jìn)方面,但從小干擾角度分析儲(chǔ)能容量、位置等多因素對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)際影響方面文獻(xiàn)較少。本文在以上研究背景下,從多角度研究儲(chǔ)能電站接入對(duì)電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定影響。

1 儲(chǔ)能系統(tǒng)建模

1.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包含功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(Power Conversion System,PCS)和電池系統(tǒng)(Battery System,BS)兩部分。BS作用是存儲(chǔ)或釋放電能;PCS包含變流器部分和控制系統(tǒng)兩部分,起連接儲(chǔ)能與電網(wǎng),對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充放電管理、功率調(diào)節(jié)及相應(yīng)控制,是儲(chǔ)能與電力系統(tǒng)進(jìn)行功率雙向流動(dòng)的核心部件[20]。

變流器部分按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為單級(jí)和多級(jí)變流器。單級(jí)變流器實(shí)質(zhì)是DC/AC轉(zhuǎn)換器,同時(shí)負(fù)責(zé)電能接入電網(wǎng)和儲(chǔ)能裝置的充放電。多級(jí)轉(zhuǎn)換器是由DC/DC和DC/AC組成的兩級(jí)變流結(jié)構(gòu),其中前者負(fù)責(zé)儲(chǔ)能裝置充放電,后者負(fù)責(zé)將電能接入電網(wǎng)。

基于單級(jí)變換器的儲(chǔ)能系統(tǒng)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)易實(shí)現(xiàn)、轉(zhuǎn)換率高、控制簡單,缺點(diǎn)是含有高次諧波,容量選擇缺乏靈活性。能實(shí)現(xiàn)DC/AC功能的基本變流器有電流型變流器、電壓型變流器、相控變流器。相控變流器控制無功功率能力弱,主要用于控制有功功率。電壓型變流器和電流型變流器均能獨(dú)立控制有功功率和無功功率,電壓型變流器能提供連續(xù)的無功功率。電流型變流器能提供較大容性無功功率。

本文采用兩電平電壓型變流器(Voltage Source Converter,VSC),通過控制開關(guān)器件可以實(shí)現(xiàn)整流、逆變、純感性、純?nèi)菪?種基本運(yùn)行狀態(tài),具有能量雙向流動(dòng)、儲(chǔ)能側(cè)和電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可調(diào)、電網(wǎng)側(cè)諧波含量小等優(yōu)點(diǎn)。單級(jí)型儲(chǔ)能變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略

儲(chǔ)能電站總體控制模型如圖3所示。廠站級(jí)有功、無功功率Pplant、Qplant經(jīng)廠站級(jí)控制模型輸出有功、無功功率控制指令Pord、Qord,其與儲(chǔ)能發(fā)出功率Pe、Qe和SOC為輸入經(jīng)變流器級(jí)控制模型輸出有功、無功電流控制指令I(lǐng)′pcmd、I′qcmd,再經(jīng)電流限制模型得到變流器最終輸出電流指令I(lǐng)pcmd、Iqcmd,最后通過變流器模型輸出d-q軸電流Id、Iq。其中廠站級(jí)控制采用有功頻率下垂控制和無功定電壓控制模式,變流器級(jí)有功控制采用開環(huán)控制,無功控制采用本地定無功電流控制[21]。

變流器電氣控制模型采用雙環(huán)控制系統(tǒng),基于PI控制對(duì)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。外環(huán)控制目的是得出Id和Iq的參考值Isdref和Isqref[22]。其中有功控制決定Isdref,無功控制決定Isqref。有功控制采用開環(huán)控制,無功控制采用定交流無功控制。有功和無功偏差通過下垂控制模型得到Isdref和Isqref。

定交流無功控制和下垂控制框圖分別如圖4和圖5所示。下垂控制將無功功率偏差和交流有功偏差綜合為有功控制信息,通過調(diào)整各站輸出電壓頻率和幅值,實(shí)現(xiàn)輸出功率合理分配。

三相abc坐標(biāo)下?lián)Q流閥交流側(cè)表達(dá)式:

(1)

式中:Usa、Usb、Usc——電網(wǎng)側(cè)相電壓;

Udc——直流電壓;

isa、isb、isc——電網(wǎng)側(cè)相電流;

L——電網(wǎng)側(cè)濾波電感;

R——等效電阻;

C——支撐電容。

為了方便變流器有功、無功解耦控制,通過等量坐標(biāo)變換將三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為dq坐標(biāo)系:

(2)

與其對(duì)應(yīng)的變流器等效電路為圖7變流器部分。

三相abc坐標(biāo)下?lián)Q流閥交流側(cè)有功Ps、無功Qs:

(3)

式中:*——共軛復(fù)數(shù)。

(4)

式(4)表明,可通過控制d、q軸電流來控制有功、無功功率輸出。

2 含儲(chǔ)能電站的互聯(lián)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分析

2.1 算例

為研究儲(chǔ)能對(duì)小干擾穩(wěn)定影響,在電力系統(tǒng)綜合仿真軟件中搭建四機(jī)兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)。加入儲(chǔ)能后四機(jī)二區(qū)域系統(tǒng)仿真模型如圖8所示。

發(fā)電機(jī)采用六階同步機(jī)模型,調(diào)壓器采用12型AVR模型。系統(tǒng)基準(zhǔn)容量100 MVA,該系統(tǒng)區(qū)域1和區(qū)域2通過雙回聯(lián)絡(luò)線連通,G1、G2、G3、G4為4臺(tái)額定容量900 MVA、電壓20 kV的火電機(jī)組,每個(gè)區(qū)域內(nèi)2臺(tái)機(jī)組緊密耦合,其中G3為平衡機(jī),儲(chǔ)能接入點(diǎn)為母線6。聯(lián)絡(luò)線長220 km,由區(qū)域1傳輸?shù)絽^(qū)域2功率400 MW。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)擾動(dòng)設(shè)置為t=0.5 s到t=0.6 s負(fù)荷L7有功波動(dòng)5%。

保持聯(lián)絡(luò)線傳輸功率為400 MW,各發(fā)電機(jī)組出力為700 MW。加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)前后系統(tǒng)機(jī)電振蕩模式如表1所示。

表1 加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器前后系統(tǒng)機(jī)電振蕩模式

由表1可知,系統(tǒng)共有3個(gè)振蕩模式:模式1是區(qū)域間振蕩模式,模式2和模式3是區(qū)域1和區(qū)域2內(nèi)部兩機(jī)組相位相反的振蕩。加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器前后系統(tǒng)所有振蕩模式阻尼比均增加,進(jìn)一步仿真中發(fā)現(xiàn)模式2隨著在區(qū)域1內(nèi)加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器機(jī)組的增多在復(fù)平面左移,頻率降低,阻尼比增加,隨著區(qū)域2機(jī)組加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器右移,阻尼比減小,頻率降低。模式3變化規(guī)律與模式2相反,在區(qū)域1機(jī)組加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器下模式3穩(wěn)定性變差,然后隨著區(qū)域2機(jī)組加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器,模式3穩(wěn)定性加強(qiáng)。

由表1可見,加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對(duì)區(qū)域間振蕩模式穩(wěn)定性改善較明顯;在一個(gè)區(qū)域內(nèi)裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器會(huì)使本區(qū)域振蕩模式特征根左移,使另一個(gè)區(qū)域特征根右移。這也驗(yàn)證文獻(xiàn)[23]所述的負(fù)阻尼效應(yīng)、阻尼守恒、借阻尼現(xiàn)象等結(jié)論,即在多機(jī)系統(tǒng)中存在多個(gè)機(jī)電振蕩模式,所有模式阻尼之和恒定,在增大自身機(jī)電振蕩模式阻尼,同時(shí)可能會(huì)惡化另一個(gè)機(jī)電振蕩模式的阻尼。

2.2 儲(chǔ)能電站輸送距離影響

分析儲(chǔ)能電站輸送距離對(duì)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定影響,儲(chǔ)能加在送電端母線6處,改變儲(chǔ)能電站與母線6之間輸送距離并保持儲(chǔ)能出力100 MW,聯(lián)絡(luò)線功率400 MW。不同輸送距離下系統(tǒng)特征根及阻尼比分布如圖9所示。

由圖9可知,隨著輸送距離的增加,區(qū)域間振蕩模式和區(qū)域1、區(qū)域2振蕩模式變化趨勢(shì)均為振蕩頻率增加,特征根左移,阻尼比增加,但變化較小,阻尼比與傳輸距離幾乎線性變化,特征根均為負(fù),系統(tǒng)保持穩(wěn)定。故增加儲(chǔ)能輸送距離能一定程度增強(qiáng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定。

2.3 聯(lián)絡(luò)線傳輸功率和儲(chǔ)能電站并網(wǎng)點(diǎn)影響

分析儲(chǔ)能電站并網(wǎng)點(diǎn)和聯(lián)絡(luò)線功率影響,設(shè)置儲(chǔ)能電站并網(wǎng)點(diǎn)分別為送電側(cè)母線6、聯(lián)絡(luò)線母線8、受電側(cè)母線10,儲(chǔ)能電站出力100 MW,輸送距離50 km,G1和G2出力為600～800 MW,聯(lián)絡(luò)線傳輸功率為210～588 MW,分析不同聯(lián)絡(luò)線傳輸功率、不同并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)特征根分布和時(shí)域響應(yīng)曲線。

儲(chǔ)能接入母線8處不同聯(lián)絡(luò)線傳輸功率下系統(tǒng)振蕩模式如表2所示。

表2 儲(chǔ)能接入母線8處不同聯(lián)絡(luò)線傳輸功率下系統(tǒng)振蕩模式

儲(chǔ)能接入母線10處不同聯(lián)絡(luò)線傳輸功率下系統(tǒng)振蕩模式如表3所示。

綜上可知,儲(chǔ)能接在母線6、母線8和母線10處,隨著聯(lián)絡(luò)線傳輸功率增加,變化規(guī)律基本類似,區(qū)域間振蕩模式1和區(qū)域1振蕩模式2特征根右移,振蕩頻率減小,阻尼比減小,區(qū)域2振蕩模式3阻尼比增大。

G1、G2相同出力水平,對(duì)比儲(chǔ)能接入母線6、母線8和母線10。在聯(lián)絡(luò)線功率210 MW、306 MW工況下儲(chǔ)能并入母線10的阻尼比最大,聯(lián)絡(luò)線功率400 MW、494 MW和588 MW工況下儲(chǔ)能接入母線8的阻尼比最大。

儲(chǔ)能接入母線6、母線8、母線10處特征根變化軌跡及響應(yīng)圖如圖10所示。

由圖10可見,母線3處電壓在聯(lián)絡(luò)線功率為210 MW時(shí)儲(chǔ)能接入母線10響應(yīng)曲線好于儲(chǔ)能接入母線8,但振蕩幅值和頻率差異不明顯,衰減速度較慢。聯(lián)絡(luò)線功率588 MW時(shí)儲(chǔ)能接入母線8效果好于儲(chǔ)能接入母線10,振蕩頻率差異較為明顯,但仍能保持穩(wěn)定。聯(lián)絡(luò)線傳輸功率越大,儲(chǔ)能接入位置對(duì)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性影響越大,其改善系統(tǒng)阻尼狀態(tài)越明顯。

聯(lián)絡(luò)線傳輸功率越小,區(qū)域間低頻振蕩越弱;聯(lián)絡(luò)線傳輸功率<400 MW時(shí),儲(chǔ)能接入受電端母線10處阻尼比最大,聯(lián)絡(luò)線傳輸功率≥400 MW時(shí),儲(chǔ)能接入聯(lián)絡(luò)線中間母線8阻尼比最大,有利于系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定。

2.4 儲(chǔ)能接入系統(tǒng)送/受電側(cè)發(fā)電機(jī)端影響

以儲(chǔ)能分別接入發(fā)電機(jī)端送電側(cè)母線2和受電側(cè)母線4的區(qū)域間振蕩模式為例,比較儲(chǔ)能接入送電側(cè)母線和受電側(cè)母線優(yōu)劣,并與上節(jié)將儲(chǔ)能分別裝設(shè)在母線6、母線8、母線10處結(jié)果對(duì)比,找出系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定最優(yōu)的儲(chǔ)能并網(wǎng)點(diǎn)。儲(chǔ)能電站不同接入點(diǎn)下系統(tǒng)區(qū)域間振蕩模式如表4所示。

由表4可得,隨著聯(lián)絡(luò)線傳輸功率增大,區(qū)域間振蕩阻尼比、振蕩頻率減小,特征根右移。儲(chǔ)能受電側(cè)時(shí),聯(lián)絡(luò)線在各種傳輸功率下均有區(qū)域間振蕩模式阻尼比最大,特征根最靠左。

表4 儲(chǔ)能電站不同接入點(diǎn)下系統(tǒng)區(qū)域間振蕩模式

接入點(diǎn)功率/MW特征根頻率/Hz阻尼比/%G1、G2各出力/MW儲(chǔ)能送電側(cè)212-0.046 1±j1.720 90.273 92.675 9550308-0.044 8±j1.701 10.270 72.633 6600402-0.042 5±j1.648 80.262 42.576 6650496-0.038 9±j1.553 80.247 32.502 7700590-0.033 5±j1.384 60.220 42.418 3750儲(chǔ)能受電側(cè)210-0.047 0±j1.721 50.274 02.731 3600306-0.044 9±j1.684 80.268 12.666 4650400-0.041 8±j1.611 50.256 52.595 1700494-0.037 7±j1.482 40.235 92.540 9750588-0.030 7±j1.223 20.194 72.508 6800

儲(chǔ)能接入母線2、母線4下母線1電壓波動(dòng)圖如圖11所示。

由圖11可見,與表4結(jié)論一致,母線2聯(lián)絡(luò)線功率308 MW、590 MW分別對(duì)應(yīng)同一出力水平下母線4聯(lián)絡(luò)線功率210 MW、494 MW,儲(chǔ)能接入受電側(cè)比送電側(cè)振蕩振幅更小,很快趨于穩(wěn)定。聯(lián)絡(luò)線傳輸功率較小時(shí),振蕩幅值和頻率偏差不明顯,隨著傳輸功率增大,兩曲線偏差越大,與表4中對(duì)應(yīng)運(yùn)行模式阻尼比差、頻率差越大的趨勢(shì)一致。

對(duì)比表4與表2、表3可見,儲(chǔ)能接入發(fā)電機(jī)端對(duì)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的提高不如接在聯(lián)絡(luò)線中間母線8或受電端母線10處,儲(chǔ)能最佳裝設(shè)地點(diǎn)仍為聯(lián)絡(luò)線功率<400 MW時(shí)接入母線10,聯(lián)絡(luò)線功率≥400 MW時(shí)接入母線8。

2.5 儲(chǔ)能出力大小對(duì)系統(tǒng)低頻特性影響

將儲(chǔ)能置于母線10處并逐步增加儲(chǔ)能電站出力,減小相應(yīng)G3出力,維持聯(lián)絡(luò)線傳輸功率400 MW不變。儲(chǔ)能滲透率增加系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定圖如圖12所示。

由圖12可知,隨著儲(chǔ)能滲透率增加,區(qū)域間振蕩模式和兩種區(qū)域內(nèi)振蕩模式阻尼比增大,振蕩頻率增大,特征根左移,小干擾穩(wěn)定性提高。隨著儲(chǔ)能滲透率增加,母線3電壓響應(yīng)曲線振蕩幅值變小,頻率略有增加,阻尼比有一定程度上的增加,穩(wěn)態(tài)電壓值不變。

3 實(shí)際電網(wǎng)仿真分析

以河南電網(wǎng)信陽市500 kV雙回線路浉河-春申線為例。該線路在電網(wǎng)邊緣,容易造成穩(wěn)定性問題。其中在浉河?xùn)|側(cè)無火電機(jī)組,華豫電廠共有4個(gè)機(jī)組,G1、G2連接220 kV線路,G3、G4連接500 kV線路。春申站與浉河站通過500 kV線路相連,其余各站通過220 kV線路連接,正常情況下聯(lián)絡(luò)線傳輸功率約為200 MW。河南電網(wǎng)局部圖如圖13所示。比較儲(chǔ)能接入實(shí)際電網(wǎng)中并網(wǎng)點(diǎn)平抑波動(dòng)效果。故障設(shè)置:t=0.05 s赤城站所帶負(fù)荷功率波動(dòng)5%,t=0.06 s時(shí)清除故障。

4個(gè)工況:①春申站(受電側(cè))接入儲(chǔ)能40 MW;②受電側(cè)春申站、葵花站、弦城站、映山紅站各接入儲(chǔ)能10 MW;③浉河站(送電側(cè))加入儲(chǔ)能40 MW;④不加入儲(chǔ)能。4個(gè)工況下,儲(chǔ)能不同接入點(diǎn)下系統(tǒng)特征根如表5所示。春申站電壓波動(dòng)圖如圖14所示;發(fā)電機(jī)功角變化如圖15所示。

表5 儲(chǔ)能不同接入點(diǎn)下系統(tǒng)特征根

由表5和圖14、圖15可見,儲(chǔ)能分布式與集中式分布方式影響不明顯,儲(chǔ)能加入送電端對(duì)平抑波動(dòng)影響較小。儲(chǔ)能加入受電端能明顯改善小干擾穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

以四機(jī)兩區(qū)域和某實(shí)際電網(wǎng)系統(tǒng)為例,采用特征值分析法進(jìn)行小干擾穩(wěn)定分析,研究儲(chǔ)能并網(wǎng)輸送距離、聯(lián)絡(luò)線傳輸功率、儲(chǔ)能并網(wǎng)點(diǎn)、儲(chǔ)能并網(wǎng)容量等要素對(duì)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定影響。

(1) 儲(chǔ)能系統(tǒng)無轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,故儲(chǔ)能接入后不與傳統(tǒng)機(jī)組形成新的振蕩模式,系統(tǒng)無新增振蕩模式。遵循阻尼守恒原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器可改善系統(tǒng)振蕩特性,特別是加裝機(jī)組所在區(qū)域內(nèi)振蕩模式。

(2) 隨著儲(chǔ)能輸送距離增大,儲(chǔ)能接入送電側(cè)時(shí)系統(tǒng)機(jī)電振蕩模式阻尼比和振蕩頻率呈增大趨勢(shì)、特征根向復(fù)平面左移,一定程度上有助于系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定。

(3) 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力改變聯(lián)絡(luò)線傳輸功率,改變儲(chǔ)能并網(wǎng)點(diǎn)。結(jié)果表明,儲(chǔ)能接在受電側(cè)效果優(yōu)于送電側(cè),入網(wǎng)側(cè)優(yōu)于發(fā)電機(jī)端;保持系統(tǒng)出力和聯(lián)絡(luò)線功率不變,隨著儲(chǔ)能出力增加,系統(tǒng)振蕩模式左移,阻尼比增加,有利于系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定。