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    高比例新能源和電力電子裝備接入對電力系統安全穩定的影響淺析
    發布時間:2022年09月29日瀏覽次數:標簽:高比例新能源和電力電子裝備接入對電力系統安全穩定的影響淺析

    1、電力系統的電力電子化趨勢

    《貴州省 “十四五”能源發展規劃》提出2025 年貴州省非化石能源裝機比重達到 57.7%,全省非化石能源消費比重提高到20.1%,可再生能源電力消納比重約36.1%,風電和光伏等間歇性可再生能源在發電特性上與傳統火力發電機組有著顯著的差異,風電和光伏等可再生能源間歇性強、波動性大,經由電力電子逆變器實現電力系統并網,隨著風電、光伏等新能源在電網中占比的不斷提高,電網電力電子化特征凸顯,電網穩定形態更加復雜,系統運行特性發生了深刻變化,系統安全穩定運行與控制規律面臨全新挑戰。

    電網電力電子化轉變是不可逆轉的電力技術發展趨勢,隨著電力電子化特征的突出,以傳統同步發電機為主的多質量塊、慣性、阻尼運動、機電暫態過程,加入了以非慣量、高速、離散、剛性、電磁暫態控制為特征的電力電子設備的特征,在電網故障情況下兩種特性相互影響,考慮不同時間尺度上故障的交織融合,導致交直流混連電網動態性能急劇變化,大時間尺度下的優化運行、小時間尺度下的暫態問題以及嚴重故障導致無源狀態下的啟動問題都威脅著電網的安全穩定運行,現有電網安全防御體系、電能質量、頻率穩定都發生了根本的轉變。

    2、電力電子化為電網安全穩定運行帶來的新挑戰

    傳統電網的二道防線,針對以熱穩定、暫態穩定等工頻為基礎的穩定問題,有效保障了傳統交流電網的安全穩定運行,而電力電子變流器的接入,系統寬頻穩定形態與傳統工頻暫態、電壓和動態穩定形態疊加,使系統穩定特性更加復雜,次同步-超同步-高頻帶動態穩定問題將逐漸凸顯,現有的面向傳統交流電網的二道防線策略已難以有效保障電力電子化的新型電網的穩定運行,急需研究新型電網安全防御體系下的穩定控制手段。

    傳統電網中諧波主要來自大型設備操作和軋鋼、冶煉等工業負荷,對配電網電能質量影響比較明顯,常見的電能質量問題主要是諧波、電壓波動與閃變、電壓偏差和三相不平衡,隨著電力電子技術的快速發展,之前沒有引起重視的電能質量問題如暫時過電壓、瞬態過電壓、電壓凹陷和短時間間斷等問題也逐漸突顯,風電、光伏變流器的接入會導致持續的次同步諧波注入,造成火電機組連鎖跳閘、直流閉鎖等反應,也嚴重危害了電力系統安全穩定運行。

    大規模電力電子電源與負荷接入電網帶來的突出的問題之一是頻率穩定問題,大量電力電子電源替代原有同步發電機,導致轉子提供的旋轉機械慣量以及頻率阻尼作用逐漸降低,調速器對頻率的調節效應變弱,新型電網成為了低慣量電網,電網頻率受擾后波動更大,更難恢復,頻率一旦越出安全范圍,會引發連鎖故障,導致區域或全網大停電,造成嚴重后果。

    3、應對新挑戰,構建源網荷儲多源協調的堅強電網

    針對傳統二道防線的適應性降低問題,亟需研究新型控制手段協同大范圍、多電壓等級源網荷儲各類控制資源,改變原有離線決策模式,研究適應不同運行方式的控制策略,實現基于事件觸發和響應驅動的主動緊急控制,優化切機策略,實現精準負荷控制,采取抽蓄切泵、多直流協調等多種手段,構建電網新型安全防御體系。

    應對電網安全穩定運行面臨的全新挑戰,將風險評估環節前置,提高電網仿真計算分析能力,加速光伏、風電等新能源元件模型的構建,提高仿真精度和效率,完善參數實測方法,開展實時仿真研究,在新能源入網前開展電能質量仿真評估、振蕩評估等接入前的技術評估,降低新能源接入對電網可靠性、安全性和電能質量等造成的影響,降低電力電子裝備接入對電力系統安全穩定的影響。

    在新型電力系統下如何在電網發生連鎖故障后,如何采取快速有效的恢復措施,以盡量減少大停電帶來的損失,成為迫切需要思考的問題,針對電網受到大擾動導致電網失穩至無源狀態時的恢復需求,將電動汽車、分布式儲能和柔性負荷等單元考慮在內,以支撐電網的穩定有序恢復,通過可再生能源間的優勢互補,改進多類新型調節資源的控制技術,使其能夠對電網實現主動支撐,充分利用資源組合優勢,構建多調節資源系統,提高電網的新能源消納能力。

    來源:北極星電力網  作者:古庭赟(貴州電網電力科學研究院系統技術研究中心專責)



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