新能源接入對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響思考

(寧夏靈武市寧東鎮(zhèn)國(guó)網(wǎng)寧東供電公司，寧東 750411)

0 引 言

由于新能源存在間歇性、不穩(wěn)定等特點(diǎn)，所以在新能源接入過(guò)程中很容易出現(xiàn)新的問(wèn)題，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量出現(xiàn)下降等問(wèn)題。所以在研究新能源接入問(wèn)題時(shí)需要從實(shí)際情況出發(fā)，明確新能源運(yùn)行影響因素，了解對(duì)電網(wǎng)所產(chǎn)生的崇明及，在結(jié)合具體信息的基礎(chǔ)上制定出有效的接入對(duì)策，展現(xiàn)新能源優(yōu)勢(shì)。

1 新能源發(fā)展優(yōu)勢(shì)

在我國(guó)主要以太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)展為主，尤其是對(duì)于可再生能源行業(yè)來(lái)講，風(fēng)力發(fā)電占據(jù)主要地位，且在社會(huì)中針對(duì)風(fēng)力發(fā)展所進(jìn)行的研究也是相對(duì)較多的，技術(shù)發(fā)展也是比較成熟的。可以說(shuō)風(fēng)能發(fā)展具有較高的發(fā)展空間，已經(jīng)成為規(guī)模化開(kāi)發(fā)中的重點(diǎn)。通過(guò)對(duì)新能源發(fā)電中各項(xiàng)參數(shù)檢測(cè)、狀態(tài)細(xì)致表面特征等進(jìn)行研究，以此來(lái)解決存在的問(wèn)題。根據(jù)聯(lián)合國(guó)相關(guān)會(huì)議中中針對(duì)可再生新能源的定義，新能源為：油頁(yè)巖、太陽(yáng)能、風(fēng)能、海水溫差能等幾大類(lèi)，而我國(guó)所提出的新能源主要包含風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿葞讉€(gè)分類(lèi)。

我國(guó)新疆戈壁、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古草原等地區(qū)中具有豐富的風(fēng)力資源，借助風(fēng)力資源能夠產(chǎn)生大量電力資源。隨著風(fēng)機(jī)控制、驅(qū)動(dòng)技術(shù)等的不斷升級(jí)，又涉及到定槳距失速調(diào)解、變速變槳距調(diào)節(jié)等。目前我國(guó)光能較為強(qiáng)烈的區(qū)域主要集中在西北、西部、西南部地區(qū)中，因這些區(qū)域中的日照強(qiáng)烈度較高，能夠借助光能完成發(fā)電，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開(kāi)發(fā)目標(biāo)。在沿海地區(qū)中經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度相對(duì)較快，建筑規(guī)模較大，可以開(kāi)發(fā)與建筑物一體化的樓頂太陽(yáng)能，同時(shí)也可以建設(shè)光伏發(fā)電設(shè)施[1]。

2 新能源接入中的問(wèn)題

2.1 低頻與高頻問(wèn)題

一是低頻問(wèn)題。新能源接入系統(tǒng)中所出現(xiàn)的低頻問(wèn)題其實(shí)就是功率缺額類(lèi)型所產(chǎn)生的故障、擾動(dòng)沖擊場(chǎng)景等，如新能源接入系統(tǒng)與電網(wǎng)中相關(guān)聯(lián)絡(luò)通道的受電端出現(xiàn)解列故障、進(jìn)線故障等。一般情況下低頻問(wèn)題的發(fā)生原因?yàn)楣β嗜鳖~類(lèi)型故障、擾動(dòng)沖擊等，電廠機(jī)組出現(xiàn)掉閘問(wèn)題等。對(duì)低頻振蕩所產(chǎn)生的影響為滲透率水平、并網(wǎng)點(diǎn)位置等，只有了解無(wú)阻尼控制情況，才能明確新能源對(duì)低頻振蕩所產(chǎn)生的影響。一是光伏滲透率的影響。使用模式分析、時(shí)域方針針對(duì)習(xí)題中小信號(hào)穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響進(jìn)分析，其中決定因素主要包含系統(tǒng)容量、地點(diǎn)等。而大型互聯(lián)系統(tǒng)中，光伏高滲透率所產(chǎn)生的影響則是相對(duì)較大的，在出現(xiàn)光伏高滲透率時(shí)勢(shì)必會(huì)影響到阻尼區(qū)間低頻振蕩，而對(duì)于分布式來(lái)講則可以產(chǎn)生良好的區(qū)間振蕩抑制作用。在光頻系統(tǒng)中很少使用新低頻振蕩模式，所以針對(duì)低頻振蕩所產(chǎn)生影響相對(duì)較大的光伏電站，并不是完全具備高滲透率以及大容量的，即便是小容量光伏系統(tǒng)在接入到大容量系統(tǒng)后也會(huì)產(chǎn)生相對(duì)比較大的功率振蕩。二是風(fēng)電滲透率所產(chǎn)生的影響集中在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)電控制器等方面，如果滲透率相對(duì)較高，勢(shì)必會(huì)造成阻尼出現(xiàn)增加、減少等問(wèn)題，所以想要解決這一問(wèn)題，就需要不斷提升滲透率，或是可以做好電壓控制環(huán)路增益等工作，以此來(lái)達(dá)到改善阻尼的效果。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)自身屬性來(lái)講，如容量、所使用的控制方式等均會(huì)對(duì)振蕩模式產(chǎn)生相對(duì)較大的影響，而使用輕載運(yùn)行方法則可以滿足阻尼振蕩要求，如果在出現(xiàn)重載問(wèn)題，則會(huì)影響到了阻尼振蕩[2]。

二是高頻問(wèn)題。在新能源接入系統(tǒng)中高頻問(wèn)題主要是針對(duì)功率過(guò)剩類(lèi)型故障、擾動(dòng)沖擊等來(lái)說(shuō)的。在聯(lián)絡(luò)通道中功率外送階段中很容易產(chǎn)生解列故障或是直流出現(xiàn)閉鎖故障等。而對(duì)于新能源接入系統(tǒng)中的高頻保護(hù)來(lái)講，能夠保護(hù)發(fā)電機(jī)組，一旦出現(xiàn)設(shè)置合理性不足，則會(huì)咋成系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如新能源機(jī)組不斷退出等。在新能源接入系統(tǒng)接入后，由于風(fēng)電等的一次調(diào)頻能力不足，很容易出現(xiàn)常規(guī)機(jī)組調(diào)頻壓力增加等問(wèn)題，且隨著比例的不斷增加，還會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)頻能力降低等問(wèn)題，甚至風(fēng)電等所具備的高頻保護(hù)配置與新工況之間存在較大差距。所以在新能源接入電能時(shí)需要結(jié)合具體接入情況，確保風(fēng)電等高頻保護(hù)值設(shè)定的合理性，并使用連鎖切機(jī)措施之間的有效配合，確保在發(fā)生高頻故障是不會(huì)出現(xiàn)保護(hù)值不合理等問(wèn)題。

2.2 孤島問(wèn)題

新能源接入系統(tǒng)故障中表現(xiàn)為系統(tǒng)與電網(wǎng)發(fā)生脫離問(wèn)題，使得新能源接入系統(tǒng)呈現(xiàn)出孤島運(yùn)行狀態(tài)，表現(xiàn)出穩(wěn)定性不足等問(wèn)題。為避免出現(xiàn)孤島問(wèn)題，需要在故障發(fā)生以后及時(shí)降低電壓，且風(fēng)機(jī)呈現(xiàn)切機(jī)現(xiàn)象。當(dāng)電壓降低范圍處于界限內(nèi)，風(fēng)機(jī)連續(xù)工作時(shí)間超出625 ms，如果在這一時(shí)間內(nèi)切斷斷路器，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生孤島現(xiàn)象。在出現(xiàn)過(guò)電壓現(xiàn)象時(shí)還需要及時(shí)減少部分風(fēng)機(jī)，如果風(fēng)機(jī)處于工作狀態(tài)，那么孤島系統(tǒng)難以保持穩(wěn)定狀態(tài)，最終造成系統(tǒng)中不同元件發(fā)生失效等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)孤島影響因素進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)其主要包含以下幾種：第一，在故障消除后風(fēng)機(jī)尚處于爬坡階段，且有功功率輸出也逐漸恢復(fù)。第二，在風(fēng)機(jī)涉網(wǎng)保護(hù)中存在不良動(dòng)作，在除去風(fēng)機(jī)后剩余風(fēng)機(jī)與當(dāng)?shù)刎?fù)荷一致。第三，涉網(wǎng)保護(hù)難以正常工作。第四，隨著風(fēng)機(jī)控制方法的不斷增加，使得風(fēng)機(jī)控制效果逐漸提升，其適應(yīng)性也在逐漸增加[3]。

2.3 調(diào)風(fēng)能力問(wèn)題

對(duì)于我國(guó)的電源結(jié)構(gòu)來(lái)講，具備良好調(diào)風(fēng)性能的電站數(shù)量相對(duì)較少，且發(fā)電水電站數(shù)量也是比較少的。所以在水電運(yùn)行階段中很容易出現(xiàn)一系列的制約因素。通過(guò)對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行分析可以明確我國(guó)目前的調(diào)風(fēng)能力還需要不斷提升，如北方電網(wǎng)中由于風(fēng)電大法與枯水期、冬取暖期重合，使得調(diào)峰工作難度也在隨之增加。

2.4 地區(qū)分布問(wèn)題

通過(guò)對(duì)風(fēng)電光能資源具體分布情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的新能源風(fēng)電水電資源主要集中在西南西北地區(qū)中，且所占據(jù)比例相對(duì)較大。但是對(duì)于電力需求量相對(duì)較大的地區(qū)來(lái)講主要集中在中部、東部沿海地區(qū)中，而這也就出現(xiàn)供給、需求地區(qū)分布差距相對(duì)較大等問(wèn)題，同時(shí)在距離成本運(yùn)輸費(fèi)用方面的相對(duì)較大。另外受到網(wǎng)電氣性的影響，使得全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模供電需求實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)較大。

2.5 系統(tǒng)安全問(wèn)題

從暫態(tài)穩(wěn)定性層面來(lái)講，異步發(fā)電機(jī)沒(méi)有攻角穩(wěn)定性方面的問(wèn)題。而在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)以后還會(huì)對(duì)系統(tǒng)中同步機(jī)之間攻角穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響。在故障發(fā)生時(shí)隨著勢(shì)能的不斷釋放，能夠轉(zhuǎn)變成為慣量相對(duì)較小的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子功能，難以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。過(guò)去所制定的發(fā)電計(jì)劃主要是從電源可靠性、負(fù)荷可預(yù)測(cè)性等方面來(lái)進(jìn)行的，通過(guò)對(duì)共性特點(diǎn)進(jìn)行分析，如果將其作為負(fù)荷，那么也就沒(méi)有可預(yù)測(cè)性，如果將其作為電源，其可靠性難以保障。通過(guò)使用配合儲(chǔ)能裝置、快速反應(yīng)機(jī)組等，能夠有效提升可調(diào)度性，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)不同能源之間的有效互補(bǔ)，提升運(yùn)行我內(nèi)定性。與傳統(tǒng)發(fā)電計(jì)劃相比，電網(wǎng)新能源接入系統(tǒng)具備智能調(diào)解優(yōu)勢(shì)，能夠分散協(xié)調(diào)控制理論體系，通過(guò)對(duì)下分級(jí)分層調(diào)解方式等進(jìn)行分析，在做好計(jì)算、在電力電量平衡等的基礎(chǔ)上收集相關(guān)理論方法，進(jìn)而設(shè)計(jì)出適合的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電工業(yè)的有效預(yù)測(cè)，利用所制定的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)的可控性，不斷提升系統(tǒng)的安全性，保障運(yùn)行穩(wěn)定性，確保新能源的安全使用。

3 新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

新能源接入對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定有著較大的影響，通過(guò)設(shè)計(jì)出合理化的新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，能夠確保電力系統(tǒng)在遇到擾動(dòng)問(wèn)題時(shí)依然可以保持良好的穩(wěn)定性，及時(shí)完成切機(jī)、切負(fù)荷等，保障各項(xiàng)功能的正常發(fā)揮，保持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)中的控制裝置主要是借助通信聯(lián)絡(luò)的方式構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面主要以多套穩(wěn)定控制裝置為主，在通道的配合下形成穩(wěn)定控制系統(tǒng)，且系統(tǒng)為主從式單層結(jié)構(gòu)，其中包含一個(gè)主站與其他子站，各站之間連接主要是通過(guò)光纖通道完成。另外安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)也包含復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中包含兩個(gè)及以上主站，而不同子站中能夠接收主站通信數(shù)據(jù)[4]。

3.2 主站結(jié)構(gòu)

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中主站裝置與子站裝置在硬件結(jié)構(gòu)方面具有一致性特點(diǎn)，主要由一臺(tái)主機(jī)及1-4臺(tái)從機(jī)組成，主站主機(jī)主要接收所采集到的數(shù)據(jù)與信息、主變動(dòng)作信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)通過(guò)接收信號(hào)能夠及時(shí)下發(fā)相應(yīng)的命令。而對(duì)于主站從機(jī)來(lái)講，主要承擔(dān)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算等任務(wù)，借助2M光纖與主機(jī)通信，及時(shí)上傳所手機(jī)的數(shù)據(jù)與結(jié)果。子站主機(jī)需要完成與主站裝置之間的通信，接收所下達(dá)的遠(yuǎn)跳命令、數(shù)據(jù)、動(dòng)作情況等，而子站從機(jī)需要采集相關(guān)數(shù)據(jù)，做好計(jì)算等工作，并針對(duì)電壓、頻率等進(jìn)行判別，并使用2M光纖實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間的通信，輸送采集數(shù)據(jù)與結(jié)果，接收遠(yuǎn)跳命令的同時(shí)進(jìn)行判斷，將具體動(dòng)作情況發(fā)送到主機(jī)中。系統(tǒng)中主站與子站之間的位置應(yīng)當(dāng)從具體情況出發(fā)，一般將主站設(shè)置在系統(tǒng)側(cè)變電站中，而子站則設(shè)置在新能源電源側(cè)站點(diǎn)附近。利用專(zhuān)用或是復(fù)用2M光纖，能夠滿足直連要求，同時(shí)不同站之間均使用HDLC協(xié)議。

3.3 工作原理

對(duì)于新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)來(lái)講，主要以兩層架構(gòu)為主，其中包含主站與子站系統(tǒng)。借助主站系統(tǒng)能夠針對(duì)系統(tǒng)側(cè)繼電保護(hù)動(dòng)作、過(guò)頻動(dòng)作等行為進(jìn)行準(zhǔn)確判別，在出現(xiàn)新能源電源孤島運(yùn)行狀態(tài)后，為避免小電源所產(chǎn)生的安全威脅，主站系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)及時(shí)向子站系統(tǒng)發(fā)布命令，采取切除等措施，確保運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。對(duì)于子站系統(tǒng)來(lái)講主要是執(zhí)行命令的，在接收平明后需要做好的就地判據(jù)確認(rèn)工作，還是跳開(kāi)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，同時(shí)也可以借助遠(yuǎn)跳裝置接收命令等。主站系統(tǒng)與子站系統(tǒng)均為一臺(tái)主機(jī)裝置、1～4臺(tái)從機(jī)所組成，主機(jī)系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)從機(jī)就地判據(jù)、通訊處理等，同時(shí)也可以接收判別結(jié)果，發(fā)送跳閘指令。從機(jī)主要承擔(dān)模擬量采集任務(wù)，同時(shí)進(jìn)行接地電氣量判別等，將判據(jù)結(jié)果發(fā)送到主機(jī)中。

4 新能源影響應(yīng)對(duì)措施

4.1 解決電壓波動(dòng)問(wèn)題

隨著新能源的不斷發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、基礎(chǔ)性電能質(zhì)量等方面有著直接影響。所以就需要結(jié)合使用情況，針對(duì)電網(wǎng)建設(shè)安全要求等進(jìn)行分析，做好統(tǒng)籌管理工作，從實(shí)際情況出發(fā)，在維護(hù)效果的基礎(chǔ)上確保管理模式與要點(diǎn)的平衡發(fā)展。為減少新能源接入所產(chǎn)生的負(fù)面影響，就需要工作人員及時(shí)整合管理要點(diǎn)，建立出有效的控制機(jī)制，確保在發(fā)電系統(tǒng)中可以滿足無(wú)功功率等方面的要求，最大限度降低電壓波動(dòng)所產(chǎn)生的不利影響，并通過(guò)集中設(shè)置合理性務(wù)工補(bǔ)償裝置等方式，結(jié)合具體要求與控制規(guī)范，全面提升操作管理有效性。目前所使用的無(wú)功補(bǔ)償裝置中主要涉及到動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器等，通過(guò)制定出有效的、完善的補(bǔ)償機(jī)制，能夠避免出現(xiàn)電壓異常波動(dòng)等問(wèn)題，同時(shí)也可以提升整體運(yùn)行有效性，減少對(duì)運(yùn)行質(zhì)量等方面所產(chǎn)生的影響[5]。

4.2 提升頻率管理效果

在進(jìn)行新能源接入對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行影響研究工作時(shí)，就需要從具體情況出發(fā)，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用處理工序等進(jìn)行分析，以降低新能源發(fā)電與電網(wǎng)頻率等方面所產(chǎn)生的不利影響，就需要結(jié)合具體情況，找準(zhǔn)應(yīng)用要點(diǎn)，采取有效的管理措施，展現(xiàn)調(diào)度運(yùn)行功能優(yōu)勢(shì)，針對(duì)設(shè)備備用容量處理方式等進(jìn)行研究，構(gòu)建出合理化的管理機(jī)制，不斷提升控制效果，配備無(wú)功補(bǔ)償、調(diào)解機(jī)制，滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行需求，提升運(yùn)行穩(wěn)定性。此外還需要針對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行情況進(jìn)行分析，避免諧波對(duì)整體運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，最大限度提升頻率管理有效性，提高和諧化水平，構(gòu)建出完善的處理機(jī)制，及時(shí)降低、控制諧波所產(chǎn)生的不利影響，進(jìn)而保障電網(wǎng)運(yùn)行安全。

4.3 降低沖擊電流影響

沖擊電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生直接影響，所以在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行質(zhì)量是就需要工作人員做好深入研究工作，針對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析，構(gòu)建出合理化的控制管理機(jī)制，并使用科學(xué)有效的方式做好控制工作，加大控制力度。一是發(fā)揮人工干預(yù)作用，保障發(fā)電過(guò)程中發(fā)電機(jī)組能夠及時(shí)啟動(dòng)，在提升整體合理性的基礎(chǔ)上減少對(duì)電網(wǎng)所產(chǎn)生的沖擊電流。二是借助串接電抗設(shè)備被，做好風(fēng)力發(fā)電機(jī)、三相電網(wǎng)調(diào)整工作，全面提升應(yīng)用協(xié)同效果，避免電壓運(yùn)行體系中出現(xiàn)大福度電壓降低等問(wèn)題，保障管理工作的高效開(kāi)展，解決存在的問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，新能源接入對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著直接的影響，所以在分析中需要及時(shí)找出影響因素，并分析出影響出現(xiàn)的原因，做好新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究工作，結(jié)合所產(chǎn)生的影響制定出有效的應(yīng)對(duì)策略，加大對(duì)新能源接入的研究力度，展現(xiàn)新能源的作用與優(yōu)勢(shì)，減少環(huán)境污染問(wèn)題，促進(jìn)社會(huì)快速發(fā)展。