新能源大規模接入對電網安全穩定運行的影響分析

尹 麗

（國網湖南省電力有限公司郴州供電分公司，湖南 郴州423000）

0 引 言

新能源指的是風能、太陽能、核能等自然資源，通過將新能源加入國家能源結構中，有利于推動可再生能源規模化發展。新能源接入電網中低壓穿越方式較多，在復雜故障電流特性以及間歇性運行的影響下，可能會對電網運行穩定性造成不良影響。因此，亟待就新能源大規模接入電網對于電網安全穩定運行的影響進行分析，并采取切實有效的安全控制策略[1-2]。

1 新能源發電接入對電網運行安全的不良影響

1.1 新能源接入造成的低頻問題

1.1.1 有關風電滲透率對于低頻振動的影響

一般相關的工作人員可以從系統的運行狀態、網絡拓撲等方面看出風電滲透率對低頻振蕩模式所帶來的影響，如果滲透率較高，那么就會給阻尼帶來相應的影響，還能通過提升滲透率及電壓來有效控制環路增益，從而達到優化阻尼的目的。風電場受并網點方位、規模及其控制形式的影響，振蕩模式會出現一定的變化，而輕載運作有助于阻尼振蕩，重載會對阻尼振蕩帶來不利影響[3]。

1.1.2 有關光伏滲透率對于低頻振動的影響

如果互聯系統規模比較大，光伏滲透率比較高，就會對電力系統功角動態產生較大影響，尤其是會對阻尼區間低頻振蕩產生較大不良影響，分布式光伏可抑制區間振動。在光伏系統的實際應用中，不會產生新的低頻振蕩，如果光伏電站對于低頻振蕩的影響比較大，則這類光伏電站一般為小容量及非高滲透率形式。因此，如果將小容量光伏系統接入大容量電力系統中，易產生功率振蕩問題。

1.2 新能源接入造成的高頻問題

通常，新能源接入問題所引發的高頻隱患一般來自功率過剩，又或者是因為受到擾動沖擊的影響，電網其他部分的聯絡通道在功率傳輸期間易產生一些不良的解列故障，外送功率的直流還會產生較為嚴峻的閉鎖事故等。進一步來說，新能源接入系統的高頻保護部分常常被用作維護發電機組本身，如果相關的工作人員設置不合理，那么極易引發系統故障，最終會引發新能源機組退出。許多新能源接入系統后，因為風電、光伏缺少一次調頻這一項功能，水電、火電等常規機組的調頻壓力會突然上升，隨之我國各行各業應用新能源的比重上升，其系統的調頻作用將遭受一定程度的影響，風電、光伏原本的高頻保護設施就極難與新的工程目標達成統一。為了盡可能降低頻率崩潰概率，相關的工作人員需要根據新能源接入的實際條件，合理確定風電及光伏電站高頻保護值，一旦出現異常的高頻故障，相關的工作人員需要采取連鎖切機的手段予以處置。

1.3 新能源接入系統故障之后的孤島問題

當新能源接入電網后，如果在電網運行中發生故障問題，則新能源系統會與電網自動脫開，進而導致新能源系統發生孤島現象，系統運行波動情況明顯。另外，如果系統中出現過電壓情況，則孤島系統也可處于波動中，最終導致系統中各類元件失效。

1.4 新能源接入系統潮流的影響

較大規模的風電及光伏都是利用330 kV電網接入系統中的，其中光伏發電主要是利用2回330 kV線路接入330 kV的變電站中，而較大規模的風電場主要是利用3回330 kV輸電線路接入變電站中，之后利用相應線路進行外送。表1展示了某地區不同運行方式下主要輸電通道潮流分布的基本情況。

表1 不同運行方式主要線路潮流分布（MW）

由表1可知，相對于沒有新能源接入的情況，在光伏單獨接入的情況下，線路潮流增加較多，造成此現象的主要原因在于大規模光伏投運后一定要利用330 kV線路1實施雙回路外送。而對于下游外送通道來說，大多數潮流都是利用750 kV線路進行外送，而其余330 kV線路潮流增加相對較小。相對于沒有新能源接入的情況，在風電單獨接入的情況下，大規模風電投入運行后330 kV線路2和線路3潮流均增加很多，主要是由于這兩條線路都是風電的外送途徑。風電大規模投運后，絕大多數（超過60%）潮流都利用750 kV線路向外輸送，而剩余部分則利用330 kV線路進行外送。

2 基于新能源大規模接入的電網安全穩定控制系統

新能源大規模接入電網后，為了保證電力系統運行的安全性和可靠性，可創建并利用新能源安全穩定控制系統，充分發揮切機、切負荷、提升直流功率以及快速減出力等作用。通過采用通信網絡，能有效連接多個廠站中的安全穩定控制裝置，進而嚴格控制整個電力系統的運行穩定性。

2.1 新能源安全穩定控制系統結構

安全穩定控制系統含有多個穩定控制裝置，通過光纖通道將其連接成為整體結構。新能源安全穩定控制系統主從式單層結構如圖1所示，需設置主站及子站，其中主站是安全穩定控制系統結構的核心部分，而子站則可作為執行層。

在安全穩定控制系統的實際應用中，可設置主從式單層結構或者復合結構形式，系統復合結構形式如圖2所示。主站數量要求控制在2個以上，在所有子站運行中，可接收來自各個主站的通信數據。

圖1 新能源安全穩定控制系統主從式單層結構

圖2 新能源安全穩定控制系統復合結構

2.2 站點結構

在安全穩定控制系統中，主站及子站的硬件結構相同。此外，不同站點設置情況均相同，即1臺主機及多臺從機[4]。

2.2.1 主站情況

在系統應用過程中，主站主機可以與子站保持順利通信，而且能順利地接收搜集的數據。在系統運作期間，如果出現事故，那么主機將立刻接收動作信號，再向子站輸送跳閘指令。在主站中，從機的作用比較多，具體包括收集數據、計算數據、數據報送、判斷接入間隔電壓以及與主機通信等。

2.2.2 子站情況

在子站中，主機可與主站中的裝置保持正常通信，可接受由主站所發出的指令，并接受由本站從機所采集的數據；通過對數據進行采集、計算和分析，能準確判斷接入間隔電壓，并將動作上報至主機。在系統規劃安裝中，相關的工作人員需要依據現實狀況明確主站及子站的安裝位置。針對主站，相關的工作人員可以把主站安裝在系統側變電站；針對子站，則可將其安裝在新能源側站點。在主站與子站之間，可通過光纖通信方式進行連接。此外，在站與站以及站內，可利用HDLC協議進行通信。

2.3 工作原理

新能源接入電網安全穩定控制系統由主站系統、子站系統共同構成，主站系統能精準地評判系統側繼電保護動作、斷路器跳閘及過頻動作等。如果出現新能源孤島現象，則主站系統能為子站系統提供相應的指示，再在短時間內中斷小電源，防止其對系統側電網二次保護控制系統帶來負面影響，也能避免給現場施工人員的生命安全構成不良威脅，保證電網運行穩定性。在整個系統中，子站的作用在于執行主站所發出的遠跳命令，接收主站命令后需進行判斷分析，再跳開小電源聯絡開關[5]。

3 結 論

在電網建設中，新能源利用率逐漸提高，但是，將新能源大規模接入電網后，可能會對電網運行安全性和穩定性造成不良影響。就新能源接入電網后對于電網安全穩定運行效果的影響以及具體的控制策略進行探究至關重要。