新能源接入对电网安全稳定的影响

新能源接入对电网安全稳定的影响

方舟

（国网河南省电力公司电力科学研究院河南省郑州市450052）

摘要：随着科技进步，太阳能、潮汐能等新能源逐渐出现在我们的视野中，他们的共同特点是空间和时间利用率的提升。新能源电力的变化也由当初仅仅起到辅助作用的能源，变换成今天能源的主流，在这一发展过程中，电力系统发生了质的变化，无论是其外在形状，还是其运行的方式方法，以及电力控制的系统，都经历着大变革，正是这些变化，让当初的能源冠上“新”的头衔。在这个变化过程中，除了进步变革带来的喜悦，人们也在担心着其安全性。因此文章重点就风电资源接入对电网安全稳定的影响展开探讨。

关键词：新能源接入；电网；安全稳定；影响

风电作为新能源电源在电网中扮演的角色越来越重要，所在比例逐年增加，而我国风电资源与电力负荷存在较大的差异，风力资源丰富的边远地区负荷往往较小，需经输电系统长距离输送到负荷中心，大规模的风电集中接入已成必然趋势。而大区域电网的互联互通是实现电能在更大范围内经济高效应用的有效手段，作为全球第一风电大国，风电在接入电力系统规模、电压等级和所占比例不断提高，其对电网的影响范围也从局部逐渐向整个互联电网扩大。

一、新能源发展现状和趋势

（一）新能源概念

按照联合国相关会议的定义，可再生新能源有:油页岩、蓄力、太阳能、地热能、潮汐能、风能、海水温差能、木材木炭和生物质转换以及说能。这几大类。当然，每个国家对这些名词的叫法大有不同，就我们中国而言，新能源主要指的是：风能、太阳能、地热能和潮汐能、海洋水能等这几类。

（二）风电的发展现状和趋势

在我国，新疆戈壁、河西走廊、内蒙古草原、河北北部、吉林、黑龙江、山东半岛苏湖沿海、浙江、张北、浙江、福建、广东，这12个地区的风力资源丰富，可以利用的风能资源大概有3亿千瓦，近岸的海域可利用的大概有7亿千瓦左右。风机控制和驱动技术不断的得到升级，其中包括了定桨距失速调节、变速变桨距调节，调节形式包括：双馈式、直驱式、混合式驱动。

（三）光伏发电发展现状和趋势

我们国家的光能比较强烈的地区在我们国家的西北和西部、西南部地区，这些地方的日照都很强烈，可以很好的利用光能进行发电，可以大规模的开发太阳能。并且，在东部沿海地区，经济比较发达，高楼大厦也比较多的地区，开展了和建筑物一体化的楼顶太阳能利用，并且建设成功了光伏发电的设施。

二、风电资源接入对电网安全稳定的影响

（一）功角稳定性分析

由于风能存在间歇性、随机性、不可人为调度的特点，风电场的输出功率同样存在波动性问题，随着大规模并网运行风电场的不断增多，风电在电网中的比例逐渐提高，对电网的安全运行造成严重影响；同时，风电场接入电网，改变了原有电力系统的潮流分布并对电力系统传统分析方法提出挑战。大规模、高集中、高电压、远距离输送是我国风电发展的必然趋势，也是我国风电发展有别于欧洲国家的特点。大规模强随机波动性风机机组集中接入输电系统，必然会造成电力系统功角稳定的复杂性。

1.小干扰稳定

随着风电并网容量在电力系统中所占比例的逐渐增加，对电力系统系统稳定性的影响成为了近几年的研究热点，特别是小干扰稳定。文献[5]较早地研究了风电并网对电力系统小干扰稳定的影响，重点集中在特征根分析法和时域仿真法研究风电接入对电力系统振荡模式和阻尼特性的影响。由于我国大规模集中接入输电网的特点，随着风电并网规模的不断扩大，风电接入电网的小干扰稳定性成为了国内学者们近年来研究的热点。由于风电场接入对电力系统阻尼特性的影响存在着分歧，其对电力系统阻尼的影响有待进一步深入研究，真正揭示大规模风电场接入对电力系统阻尼影响的机理。随着我国风电接入输电网容量的逐渐增加，研究含风电互联电网的阻尼特性意义重大，迫切需要深入研究。目前的研究方法均是采用线性化的模型进行分析，即负阻尼机理。而线性化是一种近似的方法，运行参数只有在准稳态运行点附近发生较小变化进行线性化才有意义，若参数波动较大时仍采用线性化的方法必然会造成较大误差。但是最近国内发生的机理不明的低频振荡引起了普遍关注，已无法通过负阻尼的机理来解释低频振荡现象，而且在事故后仿真振荡的过程中，也出现了无法用仿真再现振荡过程的困惑，而随着风电规模的不断扩大，采用传统的线性化分析方法是否适用，有待进一步的研究，我们也期待有更好的方法在该研究领域出现。

2.暂态稳定

电力系统系统暂态稳定是指电力系统受到大的扰动后经过一个暂态过程，同步发电机功角或异步发电机滑差可稳定在某一稳态值，则称为暂态稳定，否则暂态不稳定。与小干扰稳定的最大区别就是受扰后运行参数偏离平衡点较大，在分析方法上有着很大的差别。异步发电机是没有功角稳定问题，但其滑差可反映转子角度的稳定性，因此异步发电机是存在暂态稳定性问题的。风电接入对电网暂态稳定性的影响取决于电网拓扑结构及电网运行方式，既可能改善电网暂态稳定性，也可能降低电网暂态稳定性。风力发电机采用感应发电机，不同于常规同步发电机，在电网发生故障时其暂态特性与传统同步发电机有很大的不同。大容量的风电接入改变了系统潮流分布及惯量。风电接入电网后，系统的暂态特性发生了变化。

（二）电压稳定性分析

电压稳定性是指电力系统正常情况下或遭受干扰后系统维持所有母线电压在可以接受的稳定值的能力，电力系统电压稳定可分为静态电压稳定和暂态电压稳定。随着大规模风电场集中接入超高压输电网络的规划建设，电力系统的暂电压稳定问题日益突出。暂态电压稳定的分析方法主要有时域仿真法和直接法。时域仿真法需要建立包括风力发电机在内的各种动态原件的微分代数方程组模型，采用数值分析法求解。由于时域仿真计算时间长，只能用于离线分析计算。直接法能够建立计及负荷动态特定的电力系统结构保留模型，并在此构建Lyapunov暂态能量函数，计算速度较快，可用于在线分析。然而，直接法最大的难点就是暂态能量函数的构造，即使能够找到一个能量函数，但是判断是否为Lyapunov函数是非常困难的，为此，不可能直接用于暂态稳定的在线评估。电压稳定性与攻角稳定性相比，其研究难度较大，电压稳定性的研究必须结合负荷的动态模型，而负荷建模至今仍是难题。虽然近些年来，研究人员对电压稳定性展开了深入的研究，也取得了一定的成果，但是截止目前，电压失稳机理仍没有真正揭示，也没有给出公认的本质的定义。而风电强随机波动性的特点，造成了大规模风电接入使得电网电压稳定性的更加复杂，仍需要进一步研究。美加8.14大停电事故至今值得我们深思。

总之，本文就大规模风电场集中接入对电力系统稳定的影响展开了剖析，包括电力系统小干扰稳定、暂态稳定以及电压稳定。在总结了目前该领域的研究成果，同时也指出了该领域今后的研究方向，有利于促进风电的健康、有序发展，保证含风电场的大规模混合互联电力系统的安全稳定运行。

参考文献

[1]张婷.风电场接入对海南电网安全稳定影响的研究[D].湖南大学,2013

[2]李小腾,宁联辉,锁军,彭书涛,张艳丽.陕北新能源电厂大规模接入对陕西电网安全稳定影响的研究[J].陕西电力,2015,09

[3]豆书亮.宁波地区新能源接入电网方式的研究及探讨[D].华北电力大学,2014

[4]陈帆.规模化风电接入对电网安全稳定运行的影响分析[J].电子制作,2013,14