新能源接入系统分析

新能源接入系统分析

唐世俊

中工武大设计研究有限公司湖北省430000

摘要：近年来，随着我国经济的不断发展，为加快可再生能源发展，促进节能减排，积极应对气候变化，更好地满足经济和社会可持续发展的需要，我国制定了《可再生能源中长期发展规划》。但随着新能源的接入，若不重视电力系统的维护工作，将对电网运行的稳定性带来较大风险。本文对分布式新能源接入对配电网的影响进行了分析。

关键词：分布式新能源；配电网；继电保护

1前言

在全球能源形势紧张、全球气候变暖严重威胁人类的今天，各国都在寻求新的能源替代战略，以求可持续发展和发展中获取优势地位。环境状况已经警示我国拥有的排放空间已十分有限，不加大清洁能源和可再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。我国风电主要集中在西北、东北、华北地区。太阳能装机约一半位于西部省份。风电、光伏等新能源缺乏相关频率调节功能，电压调节能力有限，频率、电压耐受能力不足，在系统频率、电压大幅波动情况下容易脱网，给系统安全稳定运行带来较大风险。随着风电、光伏等新能源大量并网，直流远距离输电规模持续增长，送受端常规机组被大量替代，电网形态及运行特性发生显著变化，系统电力电子化特征凸显，主要体现在电网调节能力严重下降、电网抗扰动能力不足、电网稳定形态更加复杂、连锁故障风险增加，系统安全稳定运行面临更大压力几个方面。

2风电、光伏系统运行特性分析

风电、光伏都需要逆变器接入电网。由于风电、光伏系统有着独特的运行特性，因此接入电网后对电力系统的稳定性带了一定风险。运行特性主要表现在几个方面：

对于新能源发电系统，其等效转动惯量相对传统发电系统较小，其中风电发电转动惯量主要在于叶片，光伏发电系统基本没有转动惯量；

风电、光伏发电系统的一次调频能力严重不足。虽然新能源接入系统在审核阶段要提交电能质量分析报告，但是现有标准只对常规火电、水电机组有明确规定，对风电、光伏等新能源发电系统的一次调频能力未做具体的要求，正因为新能源发电系统无法提供有效的有功调节能力，因此会对电网运行频率的稳定性带来较大风险，现有风机控制系统功能主要有变流控制和变桨控制，但依旧缺乏响应电网频率变化的一次调频控制；

新能源发电系统的电压调节能力也是有限的，难以达到传统机组的调节能力，其频率、电压耐受能力也无法与传统发电系统相比，因此风电、光伏等新能源涉网性能标准偏低，一旦发生停电事故，期间容易因为电压或频率异常而不满足同期条件，进而引发连锁故障，导致大规模脱网，并且随着新能源的大规模集中式的投产，稳定性问题将日益突出；

最后一个比较重要的问题就是，新能源发电系统容易引发次同步谐波，由于电力电子装置具有快速响应特性，在传统同步电网以工频为基础的稳定问题之外（功角稳定、低频振荡等问题），出现了新的稳定问题。与传统电网中同步、异步概念不同，电力电子装置诱发振荡后，可能仍会挂网运行，为电网的运行稳定性带来较大风险。风电、光伏等发电系统使用的电力电子装置普遍采用基于Park变换的dq旋转坐标轴控制方式，在关于50Hz对称的情况下，70Hz的超同步振荡分量将会耦合出30Hz的次同步振荡分量。如果风电阻抗与电网阻抗相互之间产生了耦合，还会引起的系统不稳定。

3分布式新能源接入配电网继电保护的影响

3.1分布式新能源对配电网继电保护的影响

在分布式新能源发电系统，三段式电流保护是最常见的接入电网二次保护，其中以电流保护为最典型的保护动作。但由于分布式新能源的接入，配电网的故障性得到了改变了。这是因为分布式新能源发电系统接入到电网后，在电网系统发生短路时，增大其短路电流，等效于双边电源的短路故障。其中对于光伏系统，增加部分约为其额定电流的1.5倍。分布式新能源发电系统接入已有的电网中后，将改变通过保护装置的电能，对继电保护的整定增加一定的难度。

目前，现有电网的供电方式主要是单侧电源供电，因此继电网的元件大多没有方向性。新能源发电系统并网后，当线路发生短路时，在并网点上会有电流从新能源发电系统流向故障点。当发电系统处于保护装置下方时，会产生保护电流，如果此时电流保护装置缺乏方向性，电流保护就容易失去选择性。

3.2降低分布式新能源对继电保护影响的策略

分布式新能源发电系统可以加快可再生能源发展，促进节能减排，但其接入电网后，也会给继电保护带来一定难度。如忽视对继电保护等二次设备装置的影响，将会对整个电网的稳定性带来较大风险，甚至导致大范围脱网停电等严重事故。所以，在分布式新能源接入配电网的过程中要做好设备的维护工作，从而降低发生故障的效率。在新能源发电接入电网系统后，仍要对电能质量进行监控，保证设备可以正常运行，消除安全隐患，从而有效避免故障的扩大，并充分发挥出继电的保护作用。由于继电保护装置和分布式电源容易在同一个元件上发生故障，因此在定期维护的过程中，要做好记录工作，发挥维护作用，提高维护的能力。通过对记录的分析、挖掘，掌握故障的规律，总结故障的原因，及时找到解决办法，提高维护的实效性和针对性。另外，要根据分布式新能源的特性，科学地选择和整备继电保护装置，保证电网的正常运行，形成坚强可靠的电网系统。

4分布式新能源接入电网的继电保护

4.1分布式发电装置的配电网保护方法

分布式发电装置是指功率为数千瓦至50MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第3方所有，以满足电力系统和用户特定的要求，新能源发电系统大多属于DG。如今，在含有分布式发电装置的大部分电力系统中，电网的继电保护的方法主要为自动解链，即电网发生短路故障，将自动从系统中解链，使电网恢复单侧电源供电模式。自动解链能准确的切除有故障的线路，保护电网系统的稳定性，但频繁解链会大幅度浪费了分布式发电装置的发电功率。随着分布式发电装置的接入，电网的供电模式逐渐由单侧供电转变为多端供电，其故障复杂度将远超过传统单侧供电的形式。为了改进分布式发电装置接入的配电保护措施，可以从降低在故障时分布式发电装置提供的短路电流和重新调整保护装置的电流并安装方向元件这两个方面入手。

4.2逆变型分布式电源保护

在含有分布式发电装置的电网中，并网逆变器的控制是关键。目前，比较典型的方法是双环控制，其中外环为电压，内环为电流。逆变器在分布式电源中自身配置了相关的保护以及谐波的滤除装置，不仅可以保护自身的安全，还能抑制分布式发电装置产生的谐波，为优质的电能质量提供保障。

5结束语

在全球能源形势紧张、全球气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，提高可再生能源利用率，是改善生态、保护环境的有效途径。分布式新能源发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。但是分布式新能源接入电网后，会改变电网潮流的分布，给继电保护的整备带来较大的困难。因此，在接入分布式新能源时，要科学地分析分布式发电装置的运行特性，合理地整备继电保护设备，保障供电质量。

参考文献：

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