吳波

摘 要：【目的】目前新型電力系統(tǒng)建設過程中存在多起重大電網事故，新型電力系統(tǒng)發(fā)展過程中所面臨的穩(wěn)定性問題尤為突出。通過分析新型電力系統(tǒng)的暫態(tài)特性，為提高新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性提供建議?！痉椒ā恳阅承履茉锤患瘏^(qū)作為研究對象，通過對傳統(tǒng)電網與新型電力系統(tǒng)的供電方式進行分析，研究其電網暫態(tài)穩(wěn)定性的特性差異，探討儲能電站在新型電力系統(tǒng)中所起到的作用。【結果】系統(tǒng)分析結果表明，新能源裝機占比越高，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性越差；當新能源占比超過50%時，系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行，儲能電站介入后，可以在很大程度上解決系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問題?！窘Y論】儲能電站是解決新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的一個可行方案且具有重大意義。

關鍵詞：新能源；系統(tǒng)穩(wěn)定性；新型電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM341；TM712? ?文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-5168（2024）05-0004-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.05.001

Research on System Stability of High Proportion New Energy

Penetration Network

WU Bo（Fujian Yongfu Electric Power Design Co.， Ltd.，Fuzhou 350001，China）

Abstract： [Purposes] Currently， there are multiple major power grid accidents in the construction process of the new power system， and the stability issues faced by the development of the new power system are particularly prominent. By analyzing the transient characteristics of the new power system， suggestions are provided for improving the stability of the new power system. [Methods] Taking a new energy enrichment area as the research object， this paper analyzes the traditional power grid power supply mode and the new power system power supply mode separately， and studies the transient stability characteristics of its power grid and explore the role that energy storage stations can play in new power systems. [Findings] The results of the transient stability analysis of the system show： the higher the proportion of new energy installed， the worse the transient stability of the system. When the proportion of new energy exceeds 50%， the system cannot operate stably. After energy storage intervention， the transient stability problem of the system can be greatly solved.[Conclusions] As a solution to the stability problem of the new power system， energy storage power stations are feasible and of great significance.

Keywords： new energy； system stability； novel power system

0 引言

隨著全球能源危機和環(huán)境污染問題的加重，區(qū)別于部分國家“先污染、后治理”的發(fā)展戰(zhàn)略，我國采取低碳或零碳的綠色技術和產業(yè)體系路線以實現“二氧化碳排放量力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的目標。2021年3月1日，由國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導意見》中提出，源網荷儲一體化和多能互補發(fā)展是實現電力系統(tǒng)高質量發(fā)展的客觀需要，符合能源綠色低碳發(fā)展方向，有利于提升電力發(fā)展質量和效益，有利于全面推進生態(tài)文明建設，有利于促進區(qū)域協(xié)調發(fā)展。

新能源機組接入電網后，系統(tǒng)呈現出與傳統(tǒng)同步機組的物理特性，其具有弱致穩(wěn)性［1］、低慣量響應特性［2］、抗干擾性弱、過載能力低［3］、出力波動性強等特征。同時對系統(tǒng)經典的穩(wěn)定性問題帶來新的風險與挑戰(zhàn)，也使得通過傳統(tǒng)的方法來進行暫態(tài)穩(wěn)定性的評估和控制難度加大。進入21世紀以來，全世界范圍內發(fā)生了多次大規(guī)模停電事故［4］，給社會的經濟發(fā)展，居民的生產生活造成巨大損失。如2019年英國國家電網遭受雷擊，由于風電場內風機或動態(tài)無功補償設備在調節(jié)能力、抗擾動能力等涉網技術特性方面存在不足，分布式電源涉網保護配置不合理和蒸汽電源網源協(xié)調能力不足等因素，導致風電場大規(guī)模脫網，沖擊電網頻率快速下降，發(fā)生巨大停電事故，這也是英國自2003年“倫敦大停電”以來發(fā)生的最嚴重的停電事故［5］。

因此，為了更好地應對高比例新能源電網發(fā)展的需要，本研究通過對高比例新能源電網進行暫態(tài)仿真計算，通過對電網“N-2”工況下的電壓、頻率穩(wěn)定性進行分析，得到新能源電網的穩(wěn)定特性，并嘗試采用配置適量儲能電站的方式來解決高比例新能源電網的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。

1 系統(tǒng)概況

本研究針對某地區(qū)的電網進行分析，該地區(qū)電網以220 kV/110 kV電壓等級組網，最大供電負荷約1 872 MW?，F有220 kV變電站9座，變電總容量3 160 MVA，110kV變電站36座，變電總容量3 369 MVA，區(qū)域內火電裝機1 341 MW，水電裝機300 MW，光伏裝機3 200 MW，另外配置儲能電站1 600 MW。與外界電網存在2回220 kV線路的聯網通道。電網接線示意如圖1所示。

本區(qū)域電網以大量的光伏裝機為主，與外界電網僅通過2回220kV線路進行弱聯網，形成典型的高比例新能源電網。本研究以光伏作為區(qū)域電網的主要電源，對光伏出力占比15%～60%情況下，該地區(qū)系統(tǒng)的頻率及電壓特性進行分析。區(qū)域內各類型機組出力見表1。

2 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

根據該地區(qū)電網的特點，在不考慮儲能電站的情況下，對光伏電站不同出力占比情況下，系統(tǒng)的各斷面“N-2”故障進行暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算。

2.1 頻率穩(wěn)定性

對系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性進行分析，如圖2所示。由圖2可知，當光伏電站出力占比小于40%時，系統(tǒng)頻率能夠保持穩(wěn)定；當光伏電站出力占比超過50%后，系統(tǒng)頻率崩潰，已無法在“N-2”故障下穩(wěn)定運行。

2.2 電壓穩(wěn)定性

對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性進行分析，如圖3所示。由圖3可知，當光伏電站出力占比小于40%時，系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定運行；當光伏電站出力占比超過50%后，系統(tǒng)電壓出現崩潰，已無法在“N-2”故障下穩(wěn)定運行。

2.3 小結

經上述分析可知，在該地區(qū)電網中，當傳統(tǒng)電源作為主要的電源支撐時，系統(tǒng)的頻率響應與電壓響應能力明顯優(yōu)于新能源作為主要電源的電網；隨著電網內新能源出力占比的不斷上升，系統(tǒng)的頻率、電壓支撐能力逐漸下降；當新能源裝機出力占比達到50%時，電網失去對系統(tǒng)“N-2”故障的抗擾動能力，無法在“N-2”故障的情況下保持穩(wěn)定運行。

3 儲能電站對系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

針對新能源電源出力達到50%時，電網“N-2”故障下的頻率、電壓支撐能力不足的問題，可以考慮在電網中增加一定比例的儲能電站，以此來提高電網的頻率和電壓穩(wěn)定能力。在儲能電站配置容量由光伏電站出力的1%～10%的情況下，電網的頻率、電壓搖擺曲線如圖4、圖5所示。由圖可知，當電網“N-2”故障情況下，若儲能電站裝機能夠達到光伏電站的10%，系統(tǒng)可獲得足夠的頻率、電壓支撐能力。

4 結語

經過分析可知，在高比例新能源電網中，隨著新能源電源出力占比逐步增大，系統(tǒng)的頻率、電壓支撐能力逐步下降。在新能源裝機出力占比為50%時達到臨界值，超過50%后，系統(tǒng)抗擾動能力明顯下降。因此，在新能源電源出力占比較大的電網中，配置一定規(guī)模的儲能電站，能夠有效提升電網的頻率、電壓支撐能力。

隨著高比例新能源電網的發(fā)展，電網頻率、電壓支撐能力不足的問題日益突出，結合本研究分析，儲能電站可以成為解決新能源電網穩(wěn)定性問題的一種途徑，儲能電站的快速頻率、電壓響應支撐能力在電網穩(wěn)定性方面將發(fā)揮至關重要的作用。因此，在未來的高比例新能源電網中，儲能電站建設將成為不可或缺的一部分。

參考文獻：

［1］袁小明.大規(guī)模風電并網問題基本框架［J］.電力科學與技術學報，2012，27（1）：16-18.

［2］魯宗相，湯海燕，喬穎，等.電力電子接口對電力系統(tǒng)頻率控制的影響綜述［J］.中國電力，2018，51（1）：51-58.

［3］康重慶，姚良忠.高比例可再生能源電力系統(tǒng)的關鍵科學問題與理論研究框架［J］.電力系統(tǒng)自動化，2017，41（9）：2-11.

［4］胡源，薛松，張寒，等.近30年全球大停電事故發(fā)生的深層次原因分析及啟示［J］.中國電力，2021，54（10）：204-210.

［5］孫華東，許濤，郭強，等.英國“8·9”大停電事故分析及對中國電網的啟示［J］.中國電機工程學報，2019，39（21）：6183-6192.