竇宇宇，陳肖璐，任 正，鄭博文

(國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

我國三北地區(qū)新能源和煤炭資源豐富，風(fēng)光火電源充裕，而負(fù)荷中心主要集中在東部沿海地區(qū)。這種電力資源與用電負(fù)荷間的逆向分布，加上新能源發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性，使新能源集約式開發(fā)、風(fēng)光火打捆集中送出成為我國建設(shè)新型電力系統(tǒng)的重要舉措之一，同時(shí)也是一種較為合理的能源開發(fā)與利用方式[1]。然而這種方式將新能源與特高壓直流、同步機(jī)組結(jié)合在一起，導(dǎo)致電力電子設(shè)備及其控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)交流系統(tǒng)相互交織，控制規(guī)律及運(yùn)行特性相互作用，使系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)理更為復(fù)雜，因此研究大容量新能源接入電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問題，包括功角、電壓、頻率穩(wěn)定和穩(wěn)控措施等，具有重要的理論意義與工程實(shí)用價(jià)值。

在功角穩(wěn)定方面，大部分文獻(xiàn)利用等面積法則進(jìn)行理論分析[2-7]。文獻(xiàn)[2]研究了雙饋風(fēng)電接入比例與傳輸線電抗對(duì)功角特性的影響。文獻(xiàn)[3]研究了風(fēng)電故障后有功控制行為對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)功角第二擺穩(wěn)定性的影響機(jī)理。另外有部分文獻(xiàn)采用了數(shù)值仿真法[8-9]，仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性高度依賴于風(fēng)電模型的精度。文獻(xiàn)[8]研究了送端電網(wǎng)風(fēng)火互替對(duì)于系統(tǒng)功角穩(wěn)定水平的影響。文獻(xiàn)[9]研究了風(fēng)機(jī)不同功率恢復(fù)速率對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的程度。

在電壓穩(wěn)定方面，大部分文獻(xiàn)針對(duì)風(fēng)機(jī)故障穿越特性對(duì)暫態(tài)過電壓的影響以及參數(shù)優(yōu)化方案開展研究[10-13]。文獻(xiàn)[10]通過機(jī)組故障穿越控制參數(shù)對(duì)暫態(tài)過電壓的敏感性分析，給出風(fēng)電機(jī)組控制策略和模型參數(shù)的優(yōu)化建議。文獻(xiàn)[11]研究了弱電網(wǎng)中送出線路遠(yuǎn)端短路故障時(shí)直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組(PMSG)的功率特性，并分析了控制策略與參數(shù)對(duì)機(jī)組功率特性以及暫態(tài)過電壓特性的影響。此外還有文獻(xiàn)研究了高比例新能源替代常規(guī)電源后系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的演化機(jī)理[14]。

在頻率穩(wěn)定方面，文獻(xiàn)[15]研究了風(fēng)機(jī)低電壓穿越對(duì)電網(wǎng)頻率的影響以及低電壓穿越疊加穩(wěn)控切機(jī)、觸發(fā)發(fā)電機(jī)組保護(hù)、觸發(fā)低頻防線等造成的更大影響，但未給出針對(duì)穩(wěn)控切機(jī)方面的對(duì)策。還有文獻(xiàn)對(duì)頻率穩(wěn)定問題的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行研究，比如風(fēng)電機(jī)組參與調(diào)頻[16-17]和改進(jìn)當(dāng)前常規(guī)機(jī)組的調(diào)頻能力等[18]。風(fēng)電機(jī)組虛擬慣量響應(yīng)與一次調(diào)頻目前仍處于起步階段，改進(jìn)常規(guī)機(jī)組的調(diào)頻能力相對(duì)耗時(shí)耗力。

在穩(wěn)控措施方面，針對(duì)常規(guī)機(jī)組的緊急切機(jī)策略研究較為成熟，而對(duì)于風(fēng)火打捆系統(tǒng)緊急切機(jī)策略的研究多側(cè)重于不同類型機(jī)組的組合優(yōu)化以及切機(jī)量的計(jì)算[19-24]。

針對(duì)蒙東某地區(qū)存量風(fēng)電機(jī)組參數(shù)未知、模型精度相對(duì)不高，目前校核邊界條件相對(duì)保守、控制限額嚴(yán)格，穩(wěn)控切機(jī)措施單一、頻率穩(wěn)定問題突出等現(xiàn)狀，本文首先分析風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)的低電壓故障過程功率特性，并通過實(shí)測建模技術(shù)得到風(fēng)電機(jī)組模型參數(shù)，保障數(shù)值仿真計(jì)算的精度；接著建立風(fēng)電機(jī)組在各階段的功率方程，以此研究風(fēng)電機(jī)組接入對(duì)同步機(jī)系統(tǒng)功角和頻率特性的影響機(jī)理；最后根據(jù)該地區(qū)實(shí)際運(yùn)行特性，因地制宜提出優(yōu)化的安全穩(wěn)定校核與控制方案。仿真結(jié)果表明，優(yōu)化的安全穩(wěn)定校核與控制方案能有效提升該地區(qū)的風(fēng)電消納能力和整體外送能力，可為風(fēng)火打捆弱外送系統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行提供參考。

1 蒙東某地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行特性分析

蒙東某地區(qū)屬于典型的大規(guī)模新能源集中外送型電網(wǎng)，其中220 kV及以上火電裝機(jī)5610 MW，風(fēng)電裝機(jī)3980 MW，光伏裝機(jī)600 MW，最小負(fù)荷約為990 MW。當(dāng)?shù)刎?fù)荷水平低，風(fēng)火電源需要通過聯(lián)絡(luò)通道輸送到遼寧負(fù)荷中心。該地區(qū)電網(wǎng)拓?fù)涫疽鈭D如圖1所示，通過四回500 kV線路與主網(wǎng)相聯(lián)，包括3座500 kV火力發(fā)電廠(A廠：2×600 MW；B廠：2×600 MW；C廠：3×600 MW)、2座500 kV變電站以及4座220 kV火力發(fā)電廠(D廠：2×135 MW；E廠：2×135 MW；F廠：2×135 MW；G廠：2×300 MW)。

圖1 該地區(qū)電網(wǎng)拓?fù)?/p>

目前該地區(qū)采用風(fēng)火聯(lián)合控制策略[25]，外送限額和220 kV風(fēng)電總出力限額分別見表1和表2。在火電機(jī)組最大出力、風(fēng)電機(jī)組零出力方式下，受聯(lián)絡(luò)通道發(fā)生跨線故障后暫態(tài)功角和電壓穩(wěn)定制約，外送限額為3000 MW；在火電機(jī)組最小出力、風(fēng)電機(jī)組最大出力方式下，受聯(lián)絡(luò)通道發(fā)生跨線故障后，暫態(tài)頻率穩(wěn)定制約(按不觸發(fā)低頻減載第一輪動(dòng)作值，并留0.3 Hz裕度考慮[26])，220 kV風(fēng)電總出力限額為2000 MW(折算成風(fēng)電同時(shí)率為50%)。根據(jù)電力平衡結(jié)果，該地區(qū)盈余電力約4100 MW，大風(fēng)期風(fēng)電同時(shí)率往往在70%以上，因此目前外送能力和風(fēng)電消納能力不足，風(fēng)火電源送出嚴(yán)重受限。

表1 蒙東某地區(qū)外送限額 單位：MW

表2 蒙東某地區(qū)220 kV風(fēng)電總出力限額 單位：MW

2 風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)低電壓故障過程功率特性分析

風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，往往采用單位功率因數(shù)控制，只向系統(tǒng)注入有功功率，而通過場站內(nèi)無功補(bǔ)償設(shè)備向系統(tǒng)注入無功功率。低電壓故障過程，不同機(jī)型在相同電網(wǎng)電壓跌落程度下，功率特性差異顯著；同一機(jī)型在不同電網(wǎng)電壓跌落程度下，功率特性差異同樣顯著，對(duì)同步機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行特性影響較大。本文以直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組(PMSG)為例，分析低電壓故障過程的功率特性。

(a)主電路拓?fù)?/p>

直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組典型主電路拓?fù)淙鐖D2(a)所示。永磁同步發(fā)電機(jī)通過背靠背換流器接到690 V電網(wǎng)，其中背靠背換流器按照功能分為機(jī)側(cè)換流器和網(wǎng)側(cè)換流器，網(wǎng)側(cè)換流器控制目標(biāo)一方面是維持直流母線電壓穩(wěn)定，另一方面是控制與電網(wǎng)的無功交換；機(jī)側(cè)換流器控制目標(biāo)一方面是控制發(fā)電機(jī)有功功率/電磁轉(zhuǎn)矩，另一方面是控制機(jī)端電壓。直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)換流器在低電壓過程的響應(yīng)特性對(duì)同步機(jī)系統(tǒng)影響較大[25]，其內(nèi)環(huán)和外環(huán)控制結(jié)構(gòu)分別如圖2(b)和(c)所示。

網(wǎng)側(cè)換流器內(nèi)環(huán)控制主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)有功電流和無功電流的跟隨特性。Igd_ref、Igq_ref為網(wǎng)側(cè)換流器外環(huán)輸出dq軸參考量，Igd、Igq為實(shí)際電流dq軸分量。dq軸參考量與實(shí)際dq軸分量通過PI調(diào)節(jié)器，并疊加dq軸解耦分量，生成dq軸電壓參考量。電壓參考量經(jīng)過dq/abc變換和PWM調(diào)制，最終生成網(wǎng)側(cè)換流器的開關(guān)信號(hào)。

網(wǎng)側(cè)換流器外環(huán)控制主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)在各種工況

下穩(wěn)定運(yùn)行。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，d軸實(shí)現(xiàn)直流母線電壓穩(wěn)定，輸入為直流電壓給定Udc_ref和實(shí)際直流電壓Udc，輸出為有功電流參考量Igd_ref；q軸控制與系統(tǒng)的無功交換，輸入為無功功率給定Qg_ref和實(shí)際無功功率Qg，輸出為無功電流參考量Igq_ref。低電壓故障過程中，d軸實(shí)現(xiàn)有功電流按要求輸出，q軸實(shí)現(xiàn)無功電流按要求輸出。依據(jù)GB/T 36995—2018《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 故障電壓穿越能力測試規(guī)程》要求[26]。

有功功率應(yīng)以至少10%PN/s的功率變化率恢復(fù)至實(shí)際風(fēng)況對(duì)應(yīng)的輸出功率；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生三相對(duì)稱電壓跌落，風(fēng)電機(jī)組提供的動(dòng)態(tài)容性無功電流應(yīng)滿足：

Igq_ref≥1.5×(0.9-UT)IN,0.2≤UT≤0.9

(1)

式中：UT為機(jī)端線電壓標(biāo)幺值；IN為額定電流。

受網(wǎng)側(cè)換流器過載能力限制，d軸有功電流參考量最大可設(shè)置為

(2)

式中：Igmax為換流器允許最大電流；Igq_ref為無功電流參考量。

為準(zhǔn)確模擬風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行特性，根據(jù)PSASP提供的13型直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組模型，采用最小二乘法辨識(shí)出低電壓穿越環(huán)節(jié)的關(guān)鍵參數(shù)，擬合結(jié)果見表3。仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比如圖3所示。

表3 低電壓穿越環(huán)節(jié)的關(guān)鍵參數(shù)擬合值

(a)電壓跌落至0.2 pu

3 風(fēng)電接入對(duì)同步機(jī)系統(tǒng)的影響研究

由PSASP提供的直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組模型和參數(shù)辨識(shí)結(jié)果可知，風(fēng)電機(jī)組在各個(gè)階段的功率特性可用式(3)近似表達(dá)。

(3)

式中：P0為穩(wěn)態(tài)功率；UT為機(jī)端線電壓；t0為故障開始時(shí)刻；t1為故障結(jié)束時(shí)刻；t2為恢復(fù)結(jié)束時(shí)刻。

風(fēng)電機(jī)組本身不存在類似常規(guī)同步機(jī)組的功角，因此與同步發(fā)電機(jī)組之間沒有相互電磁和機(jī)電耦合關(guān)系，根據(jù)式(3)可將風(fēng)電機(jī)組等效為功率源，來定性研究風(fēng)電機(jī)組接入對(duì)同步機(jī)系統(tǒng)的功角穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定的影響機(jī)理。

3.1 對(duì)功角特性影響

對(duì)于單機(jī)-無窮大系統(tǒng)，EM為同步機(jī)；U為無窮大系統(tǒng)；PMSG為風(fēng)電機(jī)組。不考慮風(fēng)電機(jī)組，大擾動(dòng)下同步機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡為a→b→c→d→e→f。單機(jī)-無窮大系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 單機(jī)-無窮大系統(tǒng)

目前國內(nèi)調(diào)度對(duì)于風(fēng)火打捆系統(tǒng)往往保持同步機(jī)的開機(jī)方式基本不變，因此系統(tǒng)同步機(jī)慣量基本不變，則風(fēng)電接入替換同容量同步機(jī)組，相當(dāng)于降低了同步機(jī)組的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，即降低了在P-δ曲線上的工作點(diǎn)，由P0降低至P1，如圖5所示，則等效減少了加速能量(紫色部分)，并增加了減速能量(藍(lán)色部分)，因此系統(tǒng)暫穩(wěn)水平會(huì)有所提高；而單純增加風(fēng)電接入容量，導(dǎo)致輸電通道潮流增加，使同步機(jī)組與受端系統(tǒng)之間的等效阻抗增加，因此會(huì)降低系統(tǒng)暫穩(wěn)水平。

圖5 P-δ與δ-t曲線

(a)風(fēng)電出力

方式1為純火電(500 kV火電機(jī)組開5臺(tái)，單機(jī)有功出力60萬kW)，方式2在方式1基礎(chǔ)上增開100萬kW風(fēng)電，方式3在方式2基礎(chǔ)上繼續(xù)增開100萬kW風(fēng)電，同時(shí)降低火電出力(500 kV火電機(jī)組開5臺(tái)，單機(jī)有功出力40萬kW)，確保整體外送與方式2一致。由圖6(a)可知，保持同步機(jī)開機(jī)方式不變，風(fēng)電接入替換同容量同步機(jī)組，功角曲線首擺幅值下降，暫穩(wěn)水平提升；而單純增加風(fēng)電接入容量，導(dǎo)致功角曲線首擺幅值增加，暫穩(wěn)水平惡化。

另外研究風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越環(huán)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)變化對(duì)功角特性的影響。方式4、5和6在方式3基礎(chǔ)上將有功電流恢復(fù)速度Ip_LVRT_RECOVER分別設(shè)為0.18、0.5、1 pu/s。由圖6(b)可知，增大有功電流恢復(fù)速度導(dǎo)致功角首擺幅值略微增加。對(duì)于該地區(qū)，改變有功電流恢復(fù)速度對(duì)功角特性影響相對(duì)較小。

方式7、8和9在方式3基礎(chǔ)上將有功電流計(jì)算系數(shù)K1_IP_LV分別設(shè)為0、0.5和1。由圖6(c)可知，改變有功電流計(jì)算系數(shù)會(huì)影響功角曲線的首擺幅值。對(duì)于該地區(qū)，改變有功電流計(jì)算系數(shù)對(duì)功角特性影響相對(duì)較小。

3.2 對(duì)頻率特性影響

同步機(jī)系統(tǒng)頻率特性可用式(4)表達(dá)，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，頻率保持穩(wěn)定；當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械轉(zhuǎn)矩不等時(shí)，同步機(jī)系統(tǒng)將依靠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量抑制頻率變化。

(4)

式中：Tm為機(jī)械轉(zhuǎn)矩；Te為電磁轉(zhuǎn)矩；ω為角速度；TjSN/ω02為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

對(duì)于風(fēng)火打捆系統(tǒng)，雖然同步機(jī)慣量基本不變，但隨著風(fēng)電接入容量增加，故障及恢復(fù)期間有功缺額增大，等效為電磁轉(zhuǎn)矩降低，暫態(tài)最低頻率下降。此外為解決功角和電壓穩(wěn)態(tài)而采取的切機(jī)措施，將進(jìn)一步導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)頻率偏差和暫態(tài)最大頻率偏差增加，頻率越限風(fēng)險(xiǎn)上升。對(duì)方式1-方式9進(jìn)行頻率特性分析，頻率曲線如圖7所示。

對(duì)比方式1、2可知，單純增加風(fēng)電接入容量，將惡化頻率特性，接入容量越多，最低頻率下降越多；而對(duì)比方式2、3可知，保持同步機(jī)開機(jī)方式不變，風(fēng)電接入替換同容量同步機(jī)組，最低頻率反而升高。主要原因?yàn)榉绞?、3切機(jī)臺(tái)數(shù)都為3臺(tái)，但切機(jī)容量分別為1800 MW和1200 MW。方式3風(fēng)電出力比方式2多1000 MW，但由于火電切機(jī)量少600 MW，最終使頻率穩(wěn)定性更強(qiáng)。側(cè)面說明了切機(jī)策略對(duì)頻率的影響程度大于風(fēng)電出力，這為優(yōu)化安全穩(wěn)定控制方案提供了思路。對(duì)比方式4、5和6可知，增大有功電流恢復(fù)速度有利于改善頻率特性。但隨著有功電流恢復(fù)速度的增加，系統(tǒng)最低頻率升高趨勢減緩；對(duì)比方式7、8和9可知，增加有功電流計(jì)算系數(shù)有助于改善系統(tǒng)頻率特性。同樣隨著有功電流計(jì)算系數(shù)的增加，最低頻率升高趨勢減緩。

(a)風(fēng)電出力

綜上所述，對(duì)于風(fēng)火打捆系統(tǒng)，保持外送和同步機(jī)開機(jī)方式不變，適當(dāng)增加風(fēng)電接入容量有利于改善功角特性，但會(huì)惡化頻率特性導(dǎo)致最低頻率下降；增大有功電流恢復(fù)速度和有功電流計(jì)算系數(shù)可有效改善頻率特性，同時(shí)對(duì)功角特性影響較小，尤其是躲過有功電流恢復(fù)速度和有功電流計(jì)算系數(shù)規(guī)定的最小限值。

4 優(yōu)化安全穩(wěn)定校核和控制方案

考慮到系統(tǒng)功角和電壓失穩(wěn)主要由長鏈?zhǔn)竭h(yuǎn)距離輸電所導(dǎo)致，而頻率問題主要與切機(jī)策略和風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越過程有關(guān)。對(duì)于風(fēng)火打捆弱外送系統(tǒng)，由于風(fēng)電接入有利于改善系統(tǒng)功角特性，因此整體外送能力主要受制于火電機(jī)組最大出力方式下(風(fēng)電零出力)功角和電壓穩(wěn)定問題。目前校核該方式下的外送能力，往往將風(fēng)電機(jī)組全部退出運(yùn)行，而沒有考慮風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后即使有功出力為零，但在低電壓穿越過程中也會(huì)提供無功支撐，這種校核方式與實(shí)際情況不符，實(shí)際校核應(yīng)該予以考慮。另外隨著風(fēng)電接入容量增加，頻率問題凸顯，主要由風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越和切機(jī)導(dǎo)致有功缺額進(jìn)一步增加，引發(fā)頻率穩(wěn)定問題，可以考慮優(yōu)化低電壓穿越控制關(guān)鍵參數(shù)和改進(jìn)切機(jī)策略來改善。

目前該地區(qū)新能源場站實(shí)測建模工作尚未開展，暫且不討論優(yōu)化低電壓穿越控制關(guān)鍵參數(shù)，而通過優(yōu)化安全穩(wěn)定校核方案與控制方案，作為提升該地區(qū)整體外送能力和風(fēng)電消納能力的臨時(shí)過渡措施。

4.1 考慮風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的安全穩(wěn)定校核方案

在火電機(jī)組最大出力方式下，根據(jù)GB/T 36995—2018《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 故障電壓穿越能力測試規(guī)程》要求，將無功電流計(jì)算系數(shù)1設(shè)定為最低要求值1.5(若完成新能源場站實(shí)測建模，則采用實(shí)際值)，風(fēng)電機(jī)組考慮不同并網(wǎng)比例，有功出力均為零，校核地區(qū)外送能力。

由式(3)可知，風(fēng)電機(jī)組在故障期間[t0，t1)無功出力與無功電流計(jì)算系數(shù)1有關(guān)，系數(shù)越大，出力越多，暫穩(wěn)水平越好?？紤]到不同機(jī)型的系數(shù)相差較大，并保證計(jì)算結(jié)果相對(duì)保守，因此將系數(shù)設(shè)定為國標(biāo)最低要求值。

大負(fù)荷方式下，該地區(qū)500 kV火電機(jī)組和220 kV火電機(jī)組全開機(jī)、滿出力，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)比例分別按照0、20%和40%考慮，風(fēng)電機(jī)組出力均為零，進(jìn)行外送通道跨線故障，得到整體外送能力如表4所示。該地區(qū)外送能力主要受聯(lián)絡(luò)通道故障后功角和電壓穩(wěn)定相互制約，如圖8所示，電壓曲線存在較大低電壓“挖兜”現(xiàn)象。隨著風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)比例增加，增強(qiáng)了故障期間無功支撐能力，更有利于系統(tǒng)功角和電壓穩(wěn)定，因此外送能力也隨之提升。該校核方案無需更改既有穩(wěn)定控制措施，即可提升外送能力，對(duì)于臨時(shí)緩解電壓穩(wěn)定問題、功角和電壓相交織的穩(wěn)定問題具有一定參考意義。

表4 外送能力校核

(a)功角曲線

4.2 優(yōu)化切機(jī)策略的安全穩(wěn)定控制方案

在外送能力確定基礎(chǔ)上，根據(jù)GB/T 36995—2018《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 故障電壓穿越能力測試規(guī)程》要求，將有功電流恢復(fù)速度設(shè)置為最低要求值0.1 pu/s(若完成新能源場站實(shí)測建模，則采用實(shí)際值；若準(zhǔn)備開展新能源場站實(shí)測建模，建議優(yōu)化增加有功電流恢復(fù)速度)，根據(jù)風(fēng)電出力大小，優(yōu)化切機(jī)策略，即降低切機(jī)臺(tái)數(shù)，校核220 kV風(fēng)電總出力。

對(duì)于風(fēng)火打捆系統(tǒng)，風(fēng)電接入容量增加，暫態(tài)最低頻率下降。有功電流恢復(fù)速度越小，暫態(tài)最低頻率越低，為保證計(jì)算結(jié)果相對(duì)保守，因此將有功電流恢復(fù)速度設(shè)定為國家標(biāo)準(zhǔn)最低要求值。

目前穩(wěn)控切機(jī)措施主要是為保證火電機(jī)組最大出力方式下功角和電壓穩(wěn)定，在火電機(jī)組最大出力繼續(xù)沿用。隨著風(fēng)電接入容量增加，功角和電壓穩(wěn)定水平提升，此時(shí)可考慮減少穩(wěn)控切機(jī)臺(tái)數(shù)來緩解頻率穩(wěn)定問題?，F(xiàn)有220 kV風(fēng)電總出力限額為200萬kW，則以此為分界，當(dāng)風(fēng)電出力不超過200萬kW，沿用目前穩(wěn)控切機(jī)措施；當(dāng)風(fēng)電出力超過200萬kW，穩(wěn)控切機(jī)臺(tái)數(shù)減少1臺(tái)。

小負(fù)荷發(fā)電方式下，該地區(qū)500 kV火電機(jī)組和220 kV火電機(jī)組最小出力時(shí)，220 kV風(fēng)電總出力為200萬kW，在此基礎(chǔ)上穩(wěn)控切機(jī)臺(tái)數(shù)減少1臺(tái)，仿真計(jì)算得到可增發(fā)的風(fēng)電出力如表5所示。風(fēng)電最小增發(fā)600 MW，為500 kV火電機(jī)組開5臺(tái)機(jī)方式，主要原因在于當(dāng)火電機(jī)組開機(jī)為5、6臺(tái)時(shí)，優(yōu)化前的切機(jī)臺(tái)數(shù)為3臺(tái)，即火電切機(jī)量一致，隨著火電開機(jī)臺(tái)數(shù)增加，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，從而減緩頻率下降趨勢，因此可增發(fā)風(fēng)電出力增加；當(dāng)火電機(jī)組開機(jī)為5、4、3臺(tái)時(shí)，優(yōu)化前的穩(wěn)控切機(jī)臺(tái)數(shù)分別為3、2、1臺(tái)，即切機(jī)后剩余火電機(jī)組臺(tái)數(shù)一致，但隨著火電開機(jī)臺(tái)數(shù)增加，火電切機(jī)量增加，導(dǎo)致系統(tǒng)有功缺額增多，因此可增發(fā)風(fēng)電出力減小。

表5 220 kV風(fēng)電總出力校核

綜上，采用考慮風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的安全穩(wěn)定校核方案，該地區(qū)外送能力可至少提高500 MW。采用優(yōu)化切機(jī)策略的安全穩(wěn)定控制方案，可提高風(fēng)電消納能力600 MW，有效提升了地區(qū)外送能力和風(fēng)電消納能力。同時(shí)減小切機(jī)臺(tái)數(shù)，在確保功角和電壓穩(wěn)定基礎(chǔ)上，也增強(qiáng)了電壓支撐能力，提升了靜態(tài)穩(wěn)定水平。

5 結(jié)語

本文首先分析風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)低電壓故障過程中，功率特性及風(fēng)火打捆系統(tǒng)功角和頻率穩(wěn)定機(jī)理，為解決該地區(qū)問題提供理論基礎(chǔ)。其次提出優(yōu)化的安全穩(wěn)定校核與控制方案，并通過仿真計(jì)算驗(yàn)證了風(fēng)火打捆系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)理和安全穩(wěn)定方案的有效性。

本文根據(jù)某地區(qū)風(fēng)火打捆系統(tǒng)現(xiàn)狀(功角、電壓和頻率穩(wěn)定問題)，提出針對(duì)性的安全穩(wěn)定校核與控制方案，即對(duì)火電機(jī)組最大出力、風(fēng)電機(jī)組零出力方式，主要由長鏈?zhǔn)竭h(yuǎn)距離輸電所導(dǎo)致的功角和電壓穩(wěn)定問題，提出考慮風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的安全穩(wěn)定校核方案；對(duì)于火電機(jī)組最小出力、風(fēng)電機(jī)組最大出力方式，主要由穩(wěn)控切機(jī)和風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越所導(dǎo)致的頻率穩(wěn)定問題，提出優(yōu)化切機(jī)策略的安全穩(wěn)定控制方案。該方案旨在為風(fēng)火打捆弱外送電網(wǎng)提供一種提升外送能力和風(fēng)電消納能力的可行性建議，對(duì)開展風(fēng)火打捆系統(tǒng)安全穩(wěn)定校核、規(guī)劃新能源大規(guī)模接入等具有良好借鑒和指導(dǎo)意義。