陳義宣，高杉雪

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究中心，云南 昆明 650011）

0 前言

“十四五”期間以風(fēng)電、光伏為代表的新能源發(fā)電設(shè)備將大規(guī)模接入滇西北地區(qū)，根據(jù)規(guī)劃，2022-2023年滇西五地州將新增新能源裝機(jī)600萬千瓦，2023年底，新能源裝機(jī)比重將超過1/3。滇西北地區(qū)又是水電富集區(qū)域，片區(qū)有金沙江中游的梨園、阿海及瀾滄江上游黃登、苗尾等大型水電，功角穩(wěn)定突出。新能源大規(guī)模接入后，改變了電網(wǎng)原有的潮流分布、線路傳輸功率與整個(gè)系統(tǒng)的慣量，且新能源的靜態(tài)特性及電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)的暫態(tài)特性與傳統(tǒng)同步電機(jī)也有很大不同。因此新能源大規(guī)模接入后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定性都會(huì)發(fā)生變化，需研究新能源大規(guī)模接入后系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定特性變化情況，以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者已對(duì)新能源接入對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響開展了廣泛而深入的研究[1-7]。上述文獻(xiàn)雖然從多個(gè)角度分析了新能源接入對(duì)系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響，但缺少實(shí)際工程應(yīng)用。

本文建立了滇西北區(qū)域的新能源機(jī)電仿真模型，開展了新能源大規(guī)模接入后滇西北電網(wǎng)穩(wěn)定特性分析。針對(duì)500 kV黃仁雙線N-2切機(jī)后仍有暫態(tài)低電壓?jiǎn)栴}，從穩(wěn)控切機(jī)措施、新能源參數(shù)優(yōu)化、SVG參數(shù)優(yōu)化等角度提出控制措施，提高新能源大規(guī)模并網(wǎng)后電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性。

1 區(qū)域新能源仿真建模情況

新能源機(jī)電暫態(tài)模型用于電網(wǎng)故障下系統(tǒng)穩(wěn)定分析時(shí)，需要準(zhǔn)確模擬新能源發(fā)電機(jī)組的故障穿越控制和保護(hù)特性。新能源模型參數(shù)眾多，將模型參數(shù)分為關(guān)鍵參數(shù)和非關(guān)鍵參數(shù)。需整定的關(guān)鍵參數(shù)主要包括與故障穿越控制和保護(hù)相關(guān)的參數(shù)，如進(jìn)出低、高穿狀態(tài)電壓閾值；無功低、高穿電流系數(shù)；低穿期間的有功控制方式、有功電流系數(shù)；出低穿后的有功恢復(fù)速度等，對(duì)于雙饋機(jī)型還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的電阻、電抗及勵(lì)磁電感等參數(shù)。

1）現(xiàn)有存量新能源機(jī)型

目前云南電網(wǎng)存量的新能源機(jī)組未開展大規(guī)模的參數(shù)的辨識(shí)工作，依據(jù)新能源類型、單機(jī)容量等選取典型參數(shù)。

2）在建/規(guī)劃新能源機(jī)型

對(duì)于在建/規(guī)劃的新能源電站，僅明確機(jī)組類型（風(fēng)電/光伏），根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求和當(dāng)前主流機(jī)型的實(shí)際模型參數(shù)，選擇保守參數(shù)，具體如表1所示。

表1 新能源發(fā)電機(jī)組的故障穿越控制主要參數(shù)

2）根據(jù)新能源的高低穿特性，考慮低壓/過壓保護(hù)。保護(hù)延時(shí)根據(jù)光伏/風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定的高低穿越曲線選擇。

3）考慮無功補(bǔ)償SVG等裝置建模。

2 新能源大規(guī)模接入后滇西北電網(wǎng)穩(wěn)定特性分析

新能源集中接入滇西北電網(wǎng)，外送需求加大，主要斷面潮流加重，與此同時(shí)，系統(tǒng)故障期間，新能源的有功、無功出力特性也會(huì)影響重要交流斷面的潮流、電壓，間接影響系統(tǒng)功角穩(wěn)定性水平。新能源接入量越多、故障期間新能源有功恢復(fù)速度越快，斷面潮流越重，越容易出現(xiàn)功角穩(wěn)定問題。

通過分析，新能源出力按95%電量利用率所對(duì)應(yīng)的出力系數(shù)考慮，滇西北相關(guān)500 kV線路N-1后，阻尼比遠(yuǎn)大于3，電壓恢復(fù)較快。因此500 kV網(wǎng)架滿足2023年新能源送出需求。

但電網(wǎng)若發(fā)生更嚴(yán)重故障，如500 kV黃仁雙線N-2，系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)，目前有穩(wěn)控切機(jī)措施，切機(jī)對(duì)象為梨園、阿海、瀾上等常規(guī)水電，如果黃坪送出斷面功率較大，切機(jī)3100 MW后系統(tǒng)功角穩(wěn)定，但因網(wǎng)架薄弱；且片區(qū)有金中及新東兩大直流，故障期間電壓低，直流外送功率減少，潮流轉(zhuǎn)移至交流斷面，惡化系統(tǒng)穩(wěn)定性；同時(shí)斷面潮流重，故障發(fā)生后，潮流大范圍轉(zhuǎn)移，無功需求大，因此暫態(tài)過程中，低電壓時(shí)間較長(zhǎng)，如圖1所示。

圖1 黃仁N-2，切機(jī)3100 MW后相關(guān)母線電壓曲線

由圖1可知，暫態(tài)過程中，最低電壓低于0.5 pu，且低于0.9 pu的時(shí)間長(zhǎng)于2 s。導(dǎo)致滇西北并網(wǎng)新能源超過低穿耐受能力而大規(guī)模脫網(wǎng)，總量約5000 MW，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生二次沖擊，加上穩(wěn)控切機(jī)量，損失電源8000 MW，大方式情況下，系統(tǒng)最低頻率僅49.40 Hz，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 穩(wěn)定提升措施研究

3.1 穩(wěn)控切機(jī)措施

針對(duì)500 kV黃仁雙線N-2切機(jī)后仍有暫態(tài)低電壓?jiǎn)栴}，提出以下3種改進(jìn)方案：方案1，增大常規(guī)電源切機(jī)量，將梨園、阿海、瀾上水電機(jī)組切機(jī)量增加至4950 MW；方案2，采用組合方案，先集中切除新能源1650 MW，再切除梨園、阿海、瀾上水電1800 MW，共切除3450 MW；方案3，采用事前方式預(yù)控及事后穩(wěn)控切機(jī)措施，不同方案效果如表2所示。

表2 不同穩(wěn)控切機(jī)措施效果

由表2可知，方案1增大常規(guī)電源切機(jī)量，電壓恢復(fù)較好，新能源未大規(guī)模脫網(wǎng)，但系統(tǒng)最低頻率49.56 Hz，切機(jī)量大易導(dǎo)致低頻問題。方案2雖然阻尼比滿足要求，但前幾秒有暫態(tài)低電壓?jiǎn)栴}，仍易導(dǎo)致新能源大規(guī)模脫網(wǎng)，可見若不增加切機(jī)量，采用切除新能源及水電的組合效果不佳。方案3采用事前方式預(yù)控及事后穩(wěn)控切機(jī)措施，阻尼比滿足要求，電壓恢復(fù)較好，新能源未大規(guī)模脫網(wǎng)，且頻率能較快恢復(fù)，因此推薦方案3。

3.2 新能源參數(shù)優(yōu)化

針對(duì)送端的功角穩(wěn)定問題，新能源參數(shù)優(yōu)化優(yōu)化原則為：參數(shù)優(yōu)化后，不能以犧牲其他穩(wěn)定問題為代價(jià)（如頻率穩(wěn)定等）；可執(zhí)行強(qiáng)，新能源模型參數(shù)優(yōu)化范圍不應(yīng)超出技術(shù)可實(shí)現(xiàn)范疇。因此針對(duì)關(guān)鍵參數(shù)，主要優(yōu)化對(duì)象有：

1）無功電流系數(shù)：數(shù)值越大，新能源低電壓穿越期間對(duì)電網(wǎng)電壓支撐作用增大，有利于功角穩(wěn)定。

2）低穿期間有功功率控制值：數(shù)值越小，新能源低電壓穿越期間斷面功率越小，有利于功角穩(wěn)定。

3）低穿后有功功率恢復(fù)方式及恢復(fù)值：低穿后新能源有功功率恢復(fù)速度越慢，故障后斷面功率恢復(fù)速度越慢，越有利于功角穩(wěn)定。目前國(guó)標(biāo)要求至少20% PN/s的恢復(fù)速度，新能源有功功率約在數(shù)秒后恢復(fù)到初始狀態(tài)，對(duì)功角穩(wěn)定改善作用有限，且有功功率恢復(fù)太慢不利于頻率快速恢復(fù)。

存在功角穩(wěn)定區(qū)域新能源控制參數(shù)優(yōu)化建議如表3所示。

表3 新能源控制參數(shù)優(yōu)化建議（功角穩(wěn)定）

采用表3的優(yōu)化參數(shù)后，電壓恢復(fù)明顯改善，暫態(tài)過程中最低電壓提高至0.75 pu，電壓低于0.9 pu的持續(xù)時(shí)間約為1 s，具體如圖2所示。

圖2 參數(shù)優(yōu)化后電壓恢復(fù)效果

與穩(wěn)控切機(jī)措施的方案1相比，可少切除水電2000 MW。與穩(wěn)控切機(jī)措施的方案3相比，若切機(jī)量保持3100 MW不變（切機(jī)后新能源不脫網(wǎng)），斷面極限可提高500 MW。

3.3 SVG對(duì)電壓支撐作用

目前新能源廠站均配置了一定容量的SVG，以提高新能源廠站對(duì)電壓的支撐作用，改善電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境。影響SVG性能的主要參數(shù)有額定容量、控制的PI參數(shù)及過負(fù)荷能力。合適的SVG參數(shù)，可明顯改善系統(tǒng)電壓特性，有利于新能源安全并網(wǎng)，具體如表4及圖3所示。

圖3 不同SVG參數(shù)對(duì)電壓支撐效果

表4 SVG參數(shù)優(yōu)化

可見，合適的SVG參數(shù)能顯著提高擾動(dòng)后的最低電壓和穩(wěn)態(tài)電壓，縮短系統(tǒng)電壓恢復(fù)時(shí)間，對(duì)滇西北區(qū)域能起到動(dòng)態(tài)無功電壓支撐作用，SVG配置容量越大、響應(yīng)速度越快（穩(wěn)定范圍內(nèi)）、過負(fù)荷能力越強(qiáng)，越有利于電壓穩(wěn)定，提高功角穩(wěn)定水平。

4 結(jié)束語

新能源發(fā)電特性和傳統(tǒng)同步電源相比差異大，導(dǎo)致新能源大規(guī)模接入后滇西北電網(wǎng)后，系統(tǒng)穩(wěn)定特性隨之發(fā)生改變，通過新能源參數(shù)優(yōu)化、SVG參數(shù)優(yōu)化等措施，可有效提高新能源大規(guī)模并網(wǎng)后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平。