新能源接入對電網運行影響

蔣翔，滕其澤，劉峻何

(1.云南省電力設計院，昆明 650051；2.云南電網有限責任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

新能源接入對電網運行影響

蔣翔1，滕其澤2，劉峻何2

(1.云南省電力設計院，昆明 650051；2.云南電網有限責任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

介紹楚雄州新能源發展情況，楚雄北部電網與主網聯系長距離聯系，且110 kV供電半徑大，近區電網已有鐵路牽引變等沖擊性負荷，是楚雄州電網相對最為薄弱的環節。大量新能源接入后，需對新能源造成電網的潮流分布變化，無功電壓變化，系統短路水平以及新能源與電網間的交互影響、電能質量方面的問題展開深入研究。

新能源；電網；運行

1 新能源運行影響

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，楚雄北部出現了大量盈余，需通過220 kV線路外送至主網。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模的顯著增加，有必要校核接入后對于電網接入點的短路電流的影響。對新能源采用全開機的方式，得到新能源接入后對于電網各節點短路水平的影響，根據計算結果，新能源接入后對各節點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較小，故障時短路電流主要來自主網，50 MW的光伏甚至比5 MW感應電機提供的短路電流還要小得多。

1.3 新能源與電網交互穩定影響

1.3.1 低電壓穿越能力

根據規程規定，風電及光伏電站在電網發生故障時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域新能源電站應并網運行。

圖1 新能源低電壓穿越能力要求

1.3.2 電網擾動對新能源影響

在電網發生較大擾動或故障時，新能源能否保持并網點電壓水平是不脫網的關鍵。本小節對各種電網擾動進行了仿真計算，選取典型新能源并網點的電壓暫態曲線如下，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故障相關電氣量

圖3 220 kV元謀-永定三相短路N-1故障相關電氣量

圖4 110 kV黃瓜園-元謀三相短路N-1故障相關電氣量

當近區線路三相短路N-1故障后，大部分新能源并網點電壓在故障后跌落至30%-40%左右，如果具備低電壓穿越能力，則能夠不脫網運行；如果不具備則可能造成新能源機組脫網，從而給電網帶來二次沖擊。但如果擾動故障點距離新能源過近，即使具備低電壓穿越能力，也將造成其脫網。

經計算，電網發生擾動時如果不具備低電壓穿越能力，其可能的脫網次數將比具備低電壓穿越能力多約225次，脫網的幾率高出約4倍，幾乎不能承受電網發生任何故障。

1.3.3 新能源對電網的穩定影響

考慮最為嚴重的情況，對滿發狀態下新能源全部脫網的暫態穩定性進行計算分析，從而校核由于新能源的故障對電網造成的影響。仿真計算結果如下：

根據仿真結果可知，如果楚雄北部近區的新能源在滿發的情況下無故障全部同一時刻脫網，將對近區電網的電壓、頻率、潮流、機組功角等造成相應的影響。但由于系統本身旋轉備用充足，計算新能源規模占比較小，距離主網電氣距離相對較近，在此最嚴重的情況，電網也能保持穩定運行。

圖5 近區相關母線電壓、頻率變化情況

圖6 近區相關線路潮流、機組功角變化情況

1.3.4 動態穩定的影響

隨著新能源出力變化，各振蕩阻尼比基本呈現逐漸下降的趨勢。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穩定的要求。

1.4 新能源對無功電壓的要求

1.4.1 正常運行方式

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償容量。參考已投運的風電、光伏無功配置，暫按照50 MW新能源配置的無功調節范圍為-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點電壓水平合理，能夠實現調壓要求。

1.4.2 故障運行方式

下面以電網和平-元謀 (和平側)三相短路N-1故障，河外光伏電站為例，分別考慮無補償、配置SVC(-13～13 MVar)、配置SVG(-13～13 MVar)情況下，并網點電壓恢復情況情況。

圖7 無補償、SVC、SVG補償情況下河外光伏并網點電壓恢復情況

考慮SVG補償后，電壓恢復速度更快，恢復水平高，對故障后的無功支撐更為明顯。綜合正常運行、事故方式下系統及新能源電站對于無功電壓的要求，建議新能源并網時選擇SVG無功補償裝置，提供動態無功調節。

2 新能源對電能質量的影響

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，對相關電網節點的電壓變化進行計算，電壓波動情況如下：

圖10 新能源出力由0～90%變化情況下各節點電壓變化情況

考慮全部新能源出力同時變化時，電網節點電壓波動明顯大于僅計及單個新能源。光伏、風電場屬均隨機性不規則干擾源，電網節點最大電壓變化率約為2.3%，小于并網點的電壓波動的限值為2.5%。基本滿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，在連續運行、額定風速啟動和切入風速啟動時，近區110 kV側的閃變值均滿足限值要求。就整個北部電網片區來看，由于風機、光伏逆變引起電壓變動的同時率較低，新能源接入對電網相關母線電壓閃變影響較小。

2.3 諧波分析

根據2012年各電鐵牽引變運行的實測數據，采用風機及光伏逆變器的典型參數，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。新能源接入后進一步惡化了元謀片區的諧波問題，同時造成永定變片區諧波有小幅增加，其中3、5、7次諧波電壓超限最為嚴重。

考慮到楚雄北部電網的諧波問題目前已經較為突出，建議電網密切關注和重視新能源諧波問題；建議在電站內配置諧波治理成套裝置，盡可能地減少諧波產生，避免楚雄北部電能質量進一步惡化。

3 結束語

1)綜合潮流影響、穩定分析、短路電流貢獻、無功電壓、電能質量等多方面的分析，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量問題可能造成進一步的惡化，其他方面也會造成降低運行裕度。

2)建議政府積極引導中小水電、風電、光伏等各類電源的協調有序發展，完善適應于新能源并網相關政策，避免大規模、短時間大規模新能源的無序開發，做到電網、電源協調統一發展。

3)建議新能源并網時采用無功補償與諧波治理成套裝置的SVG，提高運行電壓穩定性方面，盡可能地減少諧波產生。

[1] 湯宏，等.包含風電場電力系統的小干擾穩定分析建模及仿真 [J].電網技術，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特性分析 (光伏電站專題)[J].電力系統保護與控制，2010，38(18)：105-106. [3] 遲永寧，等.大規模風電并網引起的電力系統運行與穩定問題及對策 [J].電力設備，2008，9(11)：16-18.

[4] 張巍，等.基于MATLAB-PSASP的光伏并網暫態穩定分析計算模型 [J].電力自動化設備，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，云南省電力設計院，從事電力系統規劃及設計相關專業 (e-mail)jotti159＠126.com。

滕其澤 (1979)，助理工程師，云南電網有限責任公司楚雄供電局，從事電力系統規劃相關專業 (e-mail)tengqize＠163.com。

劉峻何 (1984)，助理工程師，云南電網有限責任公司楚雄供電局，從事電力系統規劃相關專業 (e-mail)cxjhfzb＠163.com。