浅析新能源对电网的影响

李书雄　刘飞　刘海江　刘海洋

摘 要：随着环境污染等问题的日益突出，国家开始提倡新能源使用，新能源的安全稳定使用也成为全球各行业关注的热点。发展新能源，推进国家电网电力的战略转型，而大规模地推广新能源在电网中的应用，在节能的同时也存在一定的安全稳定影响，所以如何安全稳定地将新能源应用到电网建设中，已经成为目前电力行业必须重视和思考的问题。

关键词：新能源；电网建设；安全稳定

中图分类号：TM715 文献标志码：A

甘孜地区风能、太阳能等资源丰富、开发潜力大，具有良好的发展前景。与水电、火电等常规电源相比，风能、太阳能等新能源发电最根本的不同点在于其有功出力的随机性、间隙性、波动性。这一特点造成了新能源大规模开发面临接入、调度机消纳等一系列复杂的技术经济问题。为妥善解决这些问题，需做好新能源出力特性、负荷特性、机组性能和外送通道等影响电网稳定运行能力的相关研究。目前，并入甘孜地区并网的光伏发电已达到150MW。根据规划，未来5年甘孜地区将有较多风电、光伏电站建成并网国家电网。为更好地掌控甘孜电网运行特性，更深入研究新能源对电网影响的问题分析。

1 研究目的及计算方法

1.1 研究目的

通过潮流计算，分析新能源电源接入电网对220kV甘孜站220kV母线及110kV石渠、白玉站110kV母线电压的影响。

1.2 计算方法

甘孜电网计算分析使用四川电网数据由省公司下发提供。计算网络的甘孜部分在2017年运行网络基础上，增加了已收集未来3～5年规划的风电、光伏发电电源。

稳定计算校核标准按照《电力系统安全稳定导则》要求进行。为突显故障设备对电网冲击，重要线路故障设置皆按三相短路故障，三相跳闸考虑；水电站220kV单回并网线路按单瞬故障考虑；故障动作间隔时间按《电力系统安全稳定导则》设定。

2 新能源对电网的影响分析

针对新能源规划接入甘孜站，光伏并网运行情况下，大、小方式中光伏各种出力方式进行了计算，分析其对系统电压的影响，具体潮流作业见表1。

2.1 枯大方式潮流下，光伏0%出力（潮流作业号5010）

枯大方式潮流下，光伏0%出力，甘孜站220kV母线电压为227.16kV，电压在合格范围内，石渠站110kV母线电压为105.36kV，电压偏下限运行。

2.2 枯大方式潮流下，光伏50%出力（潮流作业号5011）

枯大方式潮流下，光伏50%出力，甘孜站220kV母线电压为222.97kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力时电压下降4.19kV；石渠站110kV母线电压为103.58kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力时电压下降1.78kV 。

2.3 枯大方式潮流下，光伏100%出力（潮流作业号5012）

枯大方式潮流下，光伏100%出力时，甘孜站220kV母线电压为213.28kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力时电压下降4.19kV；石渠站110kV母线电压为103.58kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力时电压下降1.78kV。

2.4 枯小方式潮流下，光伏0%出力（潮流作业号5013）

枯小方式潮流下，光伏0%出力时，甘孜站220kV母线电压为230.06kV，电压在合格范围内；石渠站110kV母线电压为113.43kV，电压在合格范围之内。

2.5 枯小方式潮流下，光伏50%出力（潮流作业号5014）

枯小方式潮流下，光伏50%出力时，甘孜站220kV母线电压为228.36kV，电压合格范围内，较光伏0%出力时电压下降1.7kV；石渠站110kV母线电压为112.38kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力時电压下降1.1kV。

2.6 枯小方式潮流下，光伏100%出力（潮流作业号5015）

枯小方式潮流下，光伏100%出力时，甘孜站220kV母线电压为214.43kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力时电压下降15.6kV；石渠站110kV母线电压为104.58kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力时电压下降9kV。

2.7 丰大方式潮流下，光伏0%出力（潮流作业号5016）

丰大方式潮流下，光伏0%出力时，甘孜站220kV母线电压为227.54kV，电压在合格范围内；石渠站110kV母线电压为112.83kV，电压在合格范围之内。

2.8 丰大方式潮流下，光伏50%出力（潮流作业号5017）

丰大方式潮流下，光伏50%出力时，甘孜站220kV母线电压为225.48kV，电压合格范围内，较光伏0%出力时电压下降2.1kV；石渠站110kV母线电压为111.59kV，电压在合格范围内，较光伏0%出力时电压下降1.3kV。

2.9 丰大方式潮流下，光伏100%出力（潮流作业号5018）

丰大方式潮流下，光伏100%出力时，甘孜站220kV母线电压为211.16kV，较光伏0%出力时电压下降16.4kV；石渠站110kV母线电压为103.46kV，较光伏0%出力时电压下降9.4kV。

2.10 丰小方式潮流下，光伏0%出力（潮流作业号5019）

丰小方式潮流下，光伏0%出力时，甘孜站220kV母线电压为226.63kV，电压在合格范围内；石渠站110kV母线电压为110.26kV，电压在合格范围之内。

2.11 丰小方式潮流下，光伏50%出力（潮流作业号5020）

丰小方式潮流下，光伏50%出力时，甘孜站220kV母线电压为222.25kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力时电压下降16.4kV；石渠站110kV母线电压为107.77kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力时电压下降2.5kV。

2.12 丰小方式潮流下，光伏100%出力（潮流作业号5021）

丰小方式潮流下，光伏50%出力时，甘孜站220kV母线电压为222.25kV，电压偏下限运行，较光伏0%出力时电压下降15.8kV；石渠站110kV母线电压为100.95kV，较光伏0%出力时电压下降10kV。

3 暂态分析

（a）4种方式：枯大、枯小、丰大、丰小。

（b）每种方式下的，光伏发电机组出力：不发，半发，满发情况下。

（c）每种方式下的各种光伏出力下，研究石渠电网中鄂曲电站的功角、石渠站的110kV母线电压，石渠母线-二滩相角/频率。

3.1 枯大

3.1.1 发电机组出力：不发，半发，满发情况下，川鄂曲——二滩其电压与频率走势如图1所示。

3.1.2 母线电压在发电机出力不发、半发、满发情况下，川甘孜石渠的电压与频率趋势如图2所示。

（1）枯小。发电机组出力：不发，半发，满发情况下，川鄂曲——二滩其电压与频率走势如图3所示。

母线电压在发电机出力不发、半发、满发情况下，川甘孜石渠的电压与频率趋势如图4所示。

（2）丰大。发电机组出力：不发，半发，满发情况下，川鄂曲——二滩其电压与频率走势如图5所示。

母线电压在发电机出力不发、半发、满发情况下，川甘孜石渠的电压与频率趋势如图6所示。

（3）丰小。发电机组出力：不发，半发，满发情况下，川鄂曲——二滩其电压与频率走势如图7所示。

母线电压在发电机出力不发、半发、满发情况下，川甘孜石渠的电压与频率趋势如图8所示。

结语

大规模的新能源发电对电力系统的稳定性有着一定的影响：

（1）风速、光照是随时变化的，风电机组、光伏电站的出力主要由风速、光照强度的大小决定，因此风电场、光伏电站的出力也是波动的。其不稳定性将会导致大规模风电、光伏电站并网之后，造成电网电压、电流和频率的波动，影响电网的电能质量。电网公司为消除不利影响，需要增加额外的旋转备用容量，从而增加了电网运行成本，也会间接影响新能源的发展。风电近几年发展尤为迅速，已经成为继火电、水电后的第三大电能生产形势，本文将着重介绍大规模风电机组并网对电网稳定性产生的影响。

（2）大规模新能源并网对电网暂态稳定性存在影响。在新能源发电装机比例较大的电网中，由于改变了电网原有的线路传输功率、潮流分布以及电能质量等，大规模新能源并网后电力系统的暂态稳定性会发生变化。例如大规模风机并网系统，如果地区电网较弱，风电机组在系统发生故障后无法重新建立机端电压，风电机组运行超速失去稳定，将会引起地区电网暂态电压稳定性破坏。

（3）大规模风电机组并网电力系统，其中风电机组的低电压穿越能力将会对电力系统的稳定性造成较大影响。低电压穿越（LVRT）指在风机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复电压，直到电网恢复正常，即成功“穿越”这个低电压区间。当风电在电网中所占比例较大时，若风机在系统发生故障时采取被动保护式解列方式，将会增加整个系统的恢复难度，甚至可能加劇故障，并最终导致系统其他机组全部解列。因此，在大规模风机并网的电力系统中，风电机组必须具备相应的低电压穿越能力。

参考文献

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