探讨新能源接入对电网安全稳定的影响

李训忠

(南京南瑞继保工程技术有限公司)

0 引言

新能源具有间歇性和非稳定性等特性, 其在接入时极易发生新问题, 严重地威胁到电力系统的安全稳定, 导致电力系统的电能质量下降等问题。因此, 在进行新能量的接入问题的时候, 必须根据现实状况,确定新能量的运作的影响原因, 理解崇明及对电力系统的影响, 进而, 针对具体情况制定高效的接入方案, 充分发挥新能源技术的优越性。

1 新能源发展优势

在中国, 太阳能和风能作为两种主要的可再生能源, 正得到广泛的应用和推广, 其中, 风电占主导的位置, 而且, 在社会中, 关于风电发展所展开的研究也是相当多的, 技术发展也是相当地完善。因此, 风电的发展前景十分广阔, 风电的大规模发展也是目前风电发展的热点。针对新能量产生过程中出现的各种参数检测、状态精细表面特性等问题, 提出了相应的解决方案。在联合国的相关会议中, 对于可再生新能源的定义是以油页岩等形式呈现的。而在中国, 新能源的概念涵盖了多种类型, 其中包括风能、太阳能、地热能等多种形式的能源。其中风能是一种清洁能源。在新疆广袤的戈壁地带, 蕴藏着丰富的风力资源, 可利用这些风能发电。随着风机控制和传动技术的进一步发展, 此外, 还涵盖了调节定桨距失速和变速变桨距等方面的内容。其中, 风力发电是我国最重要的能源之一。目前, 西北、西部和西南部地区是国内光能较强的区域, 由于这些地区的光照强度较高,因此可以利用光能进行发电或实现大规模开发。另外, 随着社会经济和科技水平的发展, 人们对于电力需求越来越大。在我国沿海地带, 由于其具有比较高的发展水平和比较大的建筑面积, 因此可以将屋顶太阳电池与房屋集成起来, 并在此基础上建立光伏电站[1]。

表1 新能源发电增长速度

2 新能源接入对电网稳定的影响

2.1 新能源接入造成的低频问题

在功率缺额类型或干扰冲击情况下, 售电端可能会出现解列缺陷, 这种缺陷主要出现在系统和电网的其他区域, 还有进线缺陷等。此外, 因为功率不足和干扰的影响, 也会引起电力系统的低频问题, 如电厂机组掉闸等。研究新能源并网时, 其在低频率下的波动特性, 就必须理解其在不同频率下的减振机理[2]。

2.1.1 有关风电渗透率对于低频振动的影响

该因素对系统的运行状态、网络拓扑结构以及风力发电控制器的性能产生了显著影响。在提高渗透性的同时, 减振效果也会随之下降, 因此可以采用提高渗透性和调节电压的方式来实现减振效果的最优。此外, 风电场的特征(并网点的位置、容量以及控制方式等) 也会对波动模式产生影响, 不同的负荷会产生不同的效应,

其中, 轻载的操作更利于阻尼波动, 而重载的操作则相反。

2.1.2 有关光伏渗透率对于低频振动的影响

在大规模电网中, 高渗透率的电力传输对电网功率输出的动态稳定有很大的影响。它在减振频率范围内存在较大幅度的振荡, 而在减振频率范围内, DPS对减振频率范围内的振荡影响较大。在使用光伏系统时, 并不会生成一种全新的低频波动, 同时, 对于低频波动具有较大影响的光伏电站也并不是高渗透率和大容量的, 将小容量的光伏系统接入到大容量的系统中, 也有可能会导致较大的功率波动[3]。

2.2 新能源接入造成的高频问题

这个问题通常出现在干扰冲击或者是功率过剩的故障情况下, 例如新能源系统与电网的连接通道在向外部输送电力时, 所产生的解列缺陷和闭锁缺陷等。对新能源并网系统而言, 其最重要的功能是保证机组的安全稳定, 如果因装置设计上的原因导致的系统失效, 这将会引起新能源装置大面积撤出的问题。随着新能源电力供应的不断增加, 因为风力、太阳能电池缺乏一次调频的功能, 导致了水力发电、火电等机组的调频压力越来越大, 进而导致了整体系统的调频状态变得越来越糟糕, 很可能会导致原来的高压保护设备与全新的工作状态相冲突。为了最大程度地防止频率坍塌, 必须根据新能源接入的具体情况, 对风扇和光电的高频保护值进行设定, 并与连锁切机进行紧密配合, 确保在发生高频故障时, 不会因为不合理的高频保护而导致低频问题[4]。

2.3 新能源接入系统故障之后的孤岛问题

新能源接入系统之后, 如果发生了问题, 那么这个新能源系统就会出现孤岛问题。在这种条件下, 整个系统的运行会产生剧烈地波动, 为避免产生孤立现象, 如果有故障的情况发生, 必须要调压, 这样会引起风机的切记问题。如果电压下降处在风机需要实施低压穿越的极限范围内, 则要保证风机的持续工作时间达到625ms, 此时, 一旦断开, 就会造成孤立的问题。在发生过载时, 部分风扇将停止工作如果风机仍在运转, 则整个孤岛系统也将处在一个波动的状况,使得相关的部件全部失去作用。孤岛问题的影响作用主要包括以下几个部分: 当涉及网保护不能进行正确的操作时, 将故障排除后, 在上山过程中, 风扇将逐渐回复到有功状态, 若增加风扇的控制模式, 就可以提高风机的控制效率, 可以提高其适应能力, 与风机的涉网保护有着不符合的操作, 除去被移走的风机之后, 剩余的风机能够完全符合当地的负荷[5]。

3 新能源安全稳定控制系统分析

为确保新能源接入后电网的稳定性和可靠性, 实施了一套新能源安全稳定控制系统。它可以完成切机、切负荷、直流功率紧急提升以及回降、快速减出力等几方面的工作, 它对整体电网的安全稳定运行有着十分关键的影响。总体而言, 为确保地区和大范围电力系统的稳定控制, 新能源安全稳定控制系统采用通信网络将多个厂站的安全稳定控制设备相互连接。

3.1 新能源安全稳定控制系统结构分析

通过管道将多组稳定的控制设备有机地结合在一起, 形成了一种主从式的单层结构, 从而实现了安全稳定控制系统的构建, 采用了主站-子站的设置, 一个主站为中心, 其余子站为执行层, 二者通过光纤通道实现了连接, 如图1 所示。除可以进行主从单级配置设定以外, 该安全稳定系统还可以设定为组合配置, 该组合配置可以设有两个以上的主站, 并且, 该多个子站可以提供对每个主站的通信数据的支持, 该安全稳定系统的具体配置见图2。

图1 新能源安全稳定控制系统主从式单层结构

图2 新能源安全稳定控制系统复合结构

3.2 站点结构

主站与子站的硬件构成是一致的, 在各个站点的配置上也相同, 都是采用1 个主机, 1—4 个从机的配置模式。

3.2.1 主站情况

通过管道将多组稳定的控制设备有机地结合在一起, 形成了一种主从式的单层结构, 从而实现了安全稳定控制系统的构建。当某一环节发生了错误时, 在接收到操作信息后, 将给子站发送跳闸指令。主站从机主要起到以下几个方面: 对数据进行采集和操作,对接入间隔电压、频率判据、功率判据、与主机进行通信, 并将数据结果汇报上去[6]。

3.2.2 子站情况

子站的作用是与主机进行通讯, 接受主机发出的指令, 接受从主机获得的资料, 完成主机的各项工作。对数据进行采集和计算, 对接入间隔电压, 频率判据,功率判据, 与主机展开通信, 并将数据的结果上报。

接收主机下达的远眺命令, 现场判据, 实施跳闸的退出, 并将该行动向主机汇报。从整体上看, 要根据实际的条件, 分别选择不同的站点和不同的站点。而一般的方式, 则是将主站设于电网一侧的变电所,而将子站设于电网一侧的变电所。二者的通讯采用了光缆, 而台间和台内的通讯采用了HDLC 的通讯方式。

3.3 基本工作情况

新能源安全稳定控制系统分为主站系统和子站系统两个层次, 其中主站系统负责识别系统侧继电保护动作、过频动作以及断路器偷跳的情况。子站系统的主要功能就是执行主站远动信号。当这些操作被判定为新能源孤岛运行状态时, 主站系统会向子站系统发出指令, 以切断小电源, 从而避免小电源对系统侧电网的二次保护控制系统、用户用电设备和人员安全造成的潜在威胁, 以确保系统侧电网的安全稳定运行。当主站系统无法实现对子站系统的控制时, 可以采用远程遥控方式对其进行控制。子站的职能在于执行主站的远程跳跃指令, 一旦接收到该指令, 子站系统即可自动启动小功率联络开关以实现跳转。

4 结束语

综上所述, 新能源的接入对电力系统的安全、稳定运行起着很大的作用, 所以, 在对其进行分析时,要发现新能源对其造成的影响, 并对其造成的原因进行深刻的剖析。要做好新能源安全稳定控制系统的设计和研究, 要加大新能源接入的力度, 使新能源的作用和优势得到最大程度的利用, 减少对环境的污染,促进社会的快速发展。