新能源接入对电网运行影响

蒋翔，滕其泽，刘峻何

(1.云南省电力设计院，昆明 650051；2.云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000)

新能源接入对电网运行影响

蒋翔1，滕其泽2，刘峻何2

(1.云南省电力设计院，昆明 650051；2.云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000)

介绍楚雄州新能源发展情况，楚雄北部电网与主网联系长距离联系，且110 kV供电半径大，近区电网已有铁路牵引变等冲击性负荷，是楚雄州电网相对最为薄弱的环节。大量新能源接入后，需对新能源造成电网的潮流分布变化，无功电压变化，系统短路水平以及新能源与电网间的交互影响、电能质量方面的问题展开深入研究。

新能源；电网；运行

1 新能源运行影响

1.1 潮流的影响

对2015年选取潮流较重的丰季腰荷方式，新能源接入后，楚雄北部出现了大量盈余，需通过220 kV线路外送至主网。而外送通道相对单一、薄弱，此方式下存在窝电的可能。

1.2 对短路水平影响

随着楚雄北部新能源规模的显著增加，有必要校核接入后对于电网接入点的短路电流的影响。对新能源采用全开机的方式，得到新能源接入后对于电网各节点短路水平的影响，根据计算结果，新能源接入后对各节点均造成短路电流水平增加，但增加幅度在0.15～1.3 kA之间，增加绝对值不大。新能源电源对短路电流的贡献较小，故障时短路电流主要来自主网，50 MW的光伏甚至比5 MW感应电机提供的短路电流还要小得多。

1.3 新能源与电网交互稳定影响

1.3.1 低电压穿越能力

根据规程规定，风电及光伏电站在电网发生故障时均需要具有低电压穿越能力，如图1所示，在轮廓线及轮廓线以上的区域新能源电站应并网运行。

图1 新能源低电压穿越能力要求

1.3.2 电网扰动对新能源影响

在电网发生较大扰动或故障时，新能源能否保持并网点电压水平是不脱网的关键。本小节对各种电网扰动进行了仿真计算，选取典型新能源并网点的电压暂态曲线如下，分析楚雄北部新能源的抗扰动能力。

图2 500 kV吕合-和平三相短路N-1故障相关电气量

图3 220 kV元谋-永定三相短路N-1故障相关电气量

图4 110 kV黄瓜园-元谋三相短路N-1故障相关电气量

当近区线路三相短路N-1故障后，大部分新能源并网点电压在故障后跌落至30%-40%左右，如果具备低电压穿越能力，则能够不脱网运行；如果不具备则可能造成新能源机组脱网，从而给电网带来二次冲击。但如果扰动故障点距离新能源过近，即使具备低电压穿越能力，也将造成其脱网。

经计算，电网发生扰动时如果不具备低电压穿越能力，其可能的脱网次数将比具备低电压穿越能力多约225次，脱网的几率高出约4倍，几乎不能承受电网发生任何故障。

1.3.3 新能源对电网的稳定影响

考虑最为严重的情况，对满发状态下新能源全部脱网的暂态稳定性进行计算分析，从而校核由于新能源的故障对电网造成的影响。仿真计算结果如下：

根据仿真结果可知，如果楚雄北部近区的新能源在满发的情况下无故障全部同一时刻脱网，将对近区电网的电压、频率、潮流、机组功角等造成相应的影响。但由于系统本身旋转备用充足，计算新能源规模占比较小，距离主网电气距离相对较近，在此最严重的情况，电网也能保持稳定运行。

图5 近区相关母线电压、频率变化情况

图6 近区相关线路潮流、机组功角变化情况

1.3.4 动态稳定的影响

随着新能源出力变化，各振荡阻尼比基本呈现逐渐下降的趋势。在楚雄北部通道检修方式下，电气距离急剧增加，如果新能源的出力达到90%，超过了线路输送极限，造成阻尼比降低至5%左右，但总体而言，新能源的接入能够满足动态稳定的要求。

1.4 新能源对无功电压的要求

1.4.1 正常运行方式

在新能源大、小方式出力水平不变的情况下，考虑新能源配置无功补偿容量。参考已投运的风电、光伏无功配置，暂按照50 MW新能源配置的无功调节范围为-13～13 MVar考虑。

在新能源电站考虑了无功配置后，随着新能源出力水平的变化，可合理安排无功出力大小各节点电压水平合理，能够实现调压要求。

1.4.2 故障运行方式

下面以电网和平-元谋 (和平侧)三相短路N-1故障，河外光伏电站为例，分别考虑无补偿、配置SVC(-13～13 MVar)、配置SVG(-13～13 MVar)情况下，并网点电压恢复情况情况。

图7 无补偿、SVC、SVG补偿情况下河外光伏并网点电压恢复情况

考虑SVG补偿后，电压恢复速度更快，恢复水平高，对故障后的无功支撑更为明显。综合正常运行、事故方式下系统及新能源电站对于无功电压的要求，建议新能源并网时选择SVG无功补偿装置，提供动态无功调节。

2 新能源对电能质量的影响

2.1 电压波动

不失一般性，在2015年丰季腰荷方式，楚雄北部新能源出力从0～90%逐渐增大，并考虑配置SVG，对相关电网节点的电压变化进行计算，电压波动情况如下：

图10 新能源出力由0～90%变化情况下各节点电压变化情况

考虑全部新能源出力同时变化时，电网节点电压波动明显大于仅计及单个新能源。光伏、风电场属均随机性不规则干扰源，电网节点最大电压变化率约为2.3%，小于并网点的电压波动的限值为2.5%。基本满足电压波动限制要求，但裕度较小。

2.2 电压闪变

新能源接入后，在连续运行、额定风速启动和切入风速启动时，近区110 kV侧的闪变值均满足限值要求。就整个北部电网片区来看，由于风机、光伏逆变引起电压变动的同时率较低，新能源接入对电网相关母线电压闪变影响较小。

2.3 谐波分析

根据2012年各电铁牵引变运行的实测数据，采用风机及光伏逆变器的典型参数，开展楚雄北部的谐波分析：新能源接入前受电铁谐波影响较为严重，接入后谐波含有率变化也较为明显，电压总畸变率增大20%左右。新能源接入后进一步恶化了元谋片区的谐波问题，同时造成永定变片区谐波有小幅增加，其中3、5、7次谐波电压超限最为严重。

考虑到楚雄北部电网的谐波问题目前已经较为突出，建议电网密切关注和重视新能源谐波问题；建议在电站内配置谐波治理成套装置，尽可能地减少谐波产生，避免楚雄北部电能质量进一步恶化。

3 结束语

1)综合潮流影响、稳定分析、短路电流贡献、无功电压、电能质量等多方面的分析，大量新能源接入后楚雄北部外送断面难以完全满足要求，且对楚雄北部的电能质量问题可能造成进一步的恶化，其他方面也会造成降低运行裕度。

2)建议政府积极引导中小水电、风电、光伏等各类电源的协调有序发展，完善适应于新能源并网相关政策，避免大规模、短时间大规模新能源的无序开发，做到电网、电源协调统一发展。

3)建议新能源并网时采用无功补偿与谐波治理成套装置的SVG，提高运行电压稳定性方面，尽可能地减少谐波产生。

[1] 汤宏，等.包含风电场电力系统的小干扰稳定分析建模及仿真 [J].电网技术，2014，28(1)：39-41.

[2] 杨德州，等.大型分布式电源模型化研究及其并网特性分析 (光伏电站专题)[J].电力系统保护与控制，2010，38(18)：105-106. [3] 迟永宁，等.大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定问题及对策 [J].电力设备，2008，9(11)：16-18.

[4] 张巍，等.基于MATLAB-PSASP的光伏并网暂态稳定分析计算模型 [J].电力自动化设备，2012，32(6)：80 -84.

Research on Influence of Renewable Energy Access in Operation of Chuxiong Northern Power Grid

JIANG Xiang1，TENG Qize2，LIU Junhe2
(1.Yunnan Electric Power Design Institute，Kunming 650051，China；2.Chuxiong Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Co.Ltd.，Chuxiong，Yunnan 675000，China)

Currently，large-scale grid-connected photovoltaic，wind power and other new energy are still in the initial stage.Chuxiong region has rich resources of wind energy，solar energy，and it is the rapid development area of new energy in Yunnan province.North of chuxiong power grid is far apart from main grid，and 110 kV power supply radius is too far，and near region power grid has existed the impact of railway traction substation load，thus it is the weakest part of chuxiong power grid.After a number of new energy access，the impact on power flow，reactive power and voltage，the system short circuit level，mutual influence，the quality of electric energy and so on is needed to be concerned.

renewable energy；power grid；operation

TM74

B

1006-7345(2015)03-0065-03

2015-1-4

蒋翔 (1986)，硕士，工程师，云南省电力设计院，从事电力系统规划及设计相关专业 (e-mail)jotti159＠126.com。

滕其泽 (1979)，助理工程师，云南电网有限责任公司楚雄供电局，从事电力系统规划相关专业 (e-mail)tengqize＠163.com。

刘峻何 (1984)，助理工程师，云南电网有限责任公司楚雄供电局，从事电力系统规划相关专业 (e-mail)cxjhfzb＠163.com。