大容量風(fēng)電并網(wǎng)電網(wǎng)故障對潮流的影響

由于化石燃料的日益枯竭及人類(lèi)對全球環(huán)境惡化的關(guān)注，20世紀70年代以來(lái)，各國相繼投入大量的資金用于可再生能源的開(kāi)發(fā)，尋求一條可持續發(fā)展的道路。作為最具規模開(kāi)發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源發(fā)電之一，風(fēng)力發(fā)電得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和利用。我國風(fēng)電開(kāi)發(fā)也迅猛發(fā)展。2005年末，全國風(fēng)電裝機總容量達到1260MW，占世界風(fēng)電總裝機容量約211%；2009年末，全國風(fēng)電裝機總容量達到2300MW，占世界風(fēng)電總裝機容量約10%。2020年我國風(fēng)電發(fā)展的遠期目標計劃達到30GW。

內蒙古赤峰市憑借優(yōu)越的風(fēng)力資源條件，風(fēng)力發(fā)電得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，截至2009年，在赤峰電網(wǎng)220kV并網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)8座、66kV2座，裝機總容量為1115MW，占地區總裝機容量約28%。集中并入赤峰北部電網(wǎng)，經(jīng)過(guò)2條220kV送電線(xiàn)路送出。2010年并網(wǎng)的風(fēng)電容量將達到1200MW。

雖然風(fēng)電作為優(yōu)質(zhì)清潔能源，但其作為電源具有間歇性和難以調度的特性，大規模風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)對電力系統安全穩定運行產(chǎn)生影響。隨著(zhù)更多風(fēng)電場(chǎng)投入運行，風(fēng)電并網(wǎng)等電氣工程技術(shù)問(wèn)題也會(huì )越來(lái)越突出。電網(wǎng)故障期間風(fēng)電機組如何動(dòng)作將對電網(wǎng)的潮流帶來(lái)影響，對原有的保護設置提出新的挑戰。本文以赤峰電網(wǎng)實(shí)際發(fā)生的電網(wǎng)故障為例，分析大容量風(fēng)電接入對電網(wǎng)造成的影響。通過(guò)電力系統分析綜合程序PSASP對故障期間的電網(wǎng)工況進(jìn)行仿真分析。

1 故障過(guò)程

2009年4月25日17：13赤峰供電公司所屬220kV9號線(xiàn)B相故障，三相重合不良，兩側縱聯(lián)保護及火電廠(chǎng)側距離I段動(dòng)作；220kV丙變電所2套CSS100BE穩控裝置動(dòng)作切風(fēng)電送出線(xiàn)路兩側開(kāi)關(guān)，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機停運。

火電廠(chǎng)1號機當時(shí)出力為240MW，發(fā)變組差動(dòng)保護動(dòng)作，1號機跳閘。2號、3號、4號機組正常運行。

事故前風(fēng)電出力大，經(jīng)5號線(xiàn)送出270MW、7號線(xiàn)送出145MW、4號線(xiàn)向系統側輸入155MW有功。9號線(xiàn)兩側跳閘后，4號線(xiàn)潮流陡降，低于穩控裝置的無(wú)流定值(20MW)，持續約80ms，丙變電所2套CSS100BE穩控裝置判4號線(xiàn)單相故障，三相跳開(kāi)，穩控裝置切除5號線(xiàn)策略執行(見(jiàn)圖1)。

2 仿真分析

應用電力系統分析綜合程序PSASP對赤峰電網(wǎng)進(jìn)行建模仿真分析。因仿真程序中已含有風(fēng)電機組模型，所以用鼠籠異步式和雙饋式兩種模型分別仿真赤峰電網(wǎng)中的恒速恒頻和雙饋變速恒頻兩種類(lèi)型的風(fēng)機。

分析事故時(shí)只考慮故障過(guò)程而未考慮機組減出力情況。模擬計算后，發(fā)現4號線(xiàn)功率由事故前的173MW下降到事故后的150MW，模擬計算與實(shí)際變化過(guò)程差距較大。再次核對故障錄波圖，對相關(guān)節點(diǎn)220kV線(xiàn)路的功率進(jìn)行了核對，發(fā)現除4號線(xiàn)功率有陡降外，故障前1號線(xiàn)由火電廠(chǎng)向甲變電所輸送約224MW有功，故障線(xiàn)路跳閘后功率接近零。同時(shí)受短路故障接入的影響，風(fēng)電送出功率降低約30%。在故障切除的短時(shí)間內，經(jīng)5號線(xiàn)送出有功功率突變?yōu)?05MW，7號線(xiàn)送出有功功率突變?yōu)?5MW。同時(shí)向北部電網(wǎng)供電的220kV6號線(xiàn)潮流突增了近1倍，220kV8號線(xiàn)潮流反方向為火電廠(chǎng)側送電。

再次仿真計算時(shí)，模擬過(guò)程中增加了火電廠(chǎng)機組故障和風(fēng)機出力降低兩種節點(diǎn)擾動(dòng)情況，結果與實(shí)際情況比較相符。4號線(xiàn)、6號線(xiàn)和1號線(xiàn)功率均出現較大波動(dòng)。主要原因是在9號線(xiàn)單相故障情況下，風(fēng)電機組出力降低，原4號線(xiàn)外送潮流下降，送電線(xiàn)路6號線(xiàn)潮流增加；同時(shí)火電機組跳閘，相關(guān)節點(diǎn)功率進(jìn)行了重新分布。實(shí)際潮流與仿真計算結果如表1所示。

雖然經(jīng)過(guò)矯正后計算結果與實(shí)際潮流仍然存在誤差，但故障過(guò)程和潮流變化趨勢已能夠模擬。潮流計算結果如圖2所示。

3 結束語(yǔ)

在電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，系統電壓瞬時(shí)發(fā)生變化，風(fēng)機在自身保護特性的作用下，降低了出力，系統潮流重新分布，重要聯(lián)絡(luò )線(xiàn)潮流變化明顯。通過(guò)電網(wǎng)實(shí)際故障經(jīng)模擬計算，仿真了故障情況下風(fēng)電機組出力變化對系統潮流的影響，因此在各種工況計算時(shí)，應充分考慮風(fēng)電機組出力對計算結果的影響。積累風(fēng)電運行經(jīng)驗，對故障期間風(fēng)電機組的實(shí)際動(dòng)作、出力變化情況提供基礎數據，以提高仿真計算的精確度，更好地掌握在風(fēng)電機組并網(wǎng)時(shí)的系統運行經(jīng)驗。