计及风电与光伏并网的电力系统运行风险评估

计及风电与光伏并网的电力系统运行风险评估

李艳玲

山西龙源风力发电有限公司 山西省太原市 030006

摘要：近年来，风电、光伏等具有随机性和波动性的新能源接入给原本就复杂的电力系统增加了更多不确定因素，这对电力系统运行风险评估提出了更高要求。开展对新能源接入电网的运行风险评估可以有效对风电场、光伏电站进行合理的建设选址及规模选择，提高并网后系统的运行安全性。

关键词：电力系统；风电并网；光伏并网；运行风险评估

引言

当前，我国传统的能源结构已经无法满足当前可持续发展的要求，而新能源的开发与利用成为当前能源战略目标的首要任务。以太阳能、风能资源为例，应用先进的技术，能够实现太阳能、风能向电能资源的转化，进而满足用电需求，实现电力网络的快速发展。新能源并网虽然实现了能源多元化，但是，对电力系统中的电能质量产生了一定的影响，因此，必须要采取必要的优化措施，提高新能源并网的应用效果。

1分布光伏并网发电原理

分布光伏并网发电实际上是通过光伏电池阵列转变太阳能为直流电能，利用DC/AC并网逆变器将直流电逆变为50Hz、220V/380V的交流电并入电网。光伏并网发电系统模型包含太阳能光伏电池阵列、并网逆变器、计量装置以及配电系统。其中，逆变装置划分为单级层逆变和多级层逆变。多级层逆变有助于控制最大功率和直流电压。电力电子器件数量不断增加，导致结构复杂化，很大程度上加大了能耗，接入电网时易影响电网的稳定运行。

2风险指标体系

2.1电压崩溃

电力系统的运行过程中，电压的调节往往需要通过专有的设备来实现，比如，有载调压变压器分接头的改变、投切电容器，能够使得电压符合电力系统稳定运行的需求。新能源并网以后，电力系统中的新能源发电往往占据了较大的比例，这种情况下，当发电功率存在较大的波动时，电力线路中的负荷也会随之发生一定的变化，此时，如果依旧采用传统的调压方式，往往难以保障电压的质量。在电压调节过程中，必须要结合电力系统的运行需求，进行调压方案的改变，保障新能源发电良好的电压控制效果。一般情况下，电网与新能源发电站往往存在着公共衔接点，在此衔接点，接入电网短路容量、输电线路阻抗、新能源发电穿透功率都会对电压稳态产生一定的影响，因此，新能源并网对电压的影响，需要通过对这些因素的控制与调节来实现，以保障良好的电压稳定性。

2.2对自动重合闸的影响

我国配电线路结构大体为单侧电源，一旦线路短路，系统会自动重合闸，切断故障点供电，防止影响配网运转。分布光伏并网后，一旦故障发生在光伏电站和配电系统线路上，且配电系统自动重合闸动作前未切断与光伏电站的衔接，光伏电站将向故障点传输电流，造成重合闸动作时发生电弧重燃现象，合闸失败，威胁配网运行的安全性。因此，如果在已有保护上发生故障，必须在自动重合闸发生动作前切断配网的光伏电站，且在分布光伏电站端设置反孤岛保护。

2.3对电压波动、闪变的影响

与传统的发电方式相比，新能源发电具有特殊性，其随机性、波动性与不确定性明显，这种情况下，新能源网使得电力系统的控制更为复杂，电能质量的管理也就更为艰难。新能源并网以后，存在着一些不可控电量，这些电量的存在，会对原有的电网系统产生一定的电流冲击作用，引发电网的剧烈波动、闪变与频率偏差，甚至会出现馈线潮流的变更，引起严重的电网运行问题，使得电力系统的电能质量难以保障[2]。如果电网的调峰容量降低到最低限值以后，电力系统的可靠性大大降低。因此，新能源并网以后，相关人员还需要采取必要的控制措施，逐步提高电力系统的电量接纳能力，使得其调峰容量逐步提高，维持电力系统运行的可靠性与稳定性。无功补偿技术的应用，能够在一定程度上缓解电压波动与闪变的问题。

2.4对熔断器保护的影响

熔断器是电力系统常见的自动保护装置。线路发生电流过大现象超过线路自身承受范围时，熔断器会自动切断电路，以保证配网运行的安全性和稳定性。熔断器安装在电路分支处和变压器高压侧，如果故障发生于电路末端，熔断器会快速切断，保护电力线路不受威胁。接入分布光伏电站会改变线路运行结构，导致线路系统运行稳定性下降严重。

2.5新能源发电并网给谐波带来的影响

新能源并网对电力系统电能质量的影响，还体现在对谐波的影响方面。当前，在我国新能源并网中，最为常见的就是风电场与光伏发电，在这些并网技术下，电力电子装置是电力系统内不可或缺的设备。但是，在并网技术的具体应用过程中，常常存在着一些问题，比如，并网光伏逆变器的控制是由脉宽调制来实现的，这种特殊的控制方式，使得在并网过程中极易出现明显的电压与电流谐波。此外，并网效果还会受到光照、角度等因素的影响，这些影响因素加大了电力系统的谐波污染。因此，新能源并网上，有关人员要严格根据相关因素对谐波所产生的影响，实现良好的并网控制，保障新能源并网的电能质量。以并网风电场为例，其电网谐波的出现主要是由以下因素造成的：风电场线路电抗与并联补偿电容器的谐振、电力电子设备的应用谐波。风电场线路电抗与并联补偿电容器的谐振作用下，谐波主要表现为变速谐波与恒速谐波。谐波的出现会严重影响电力系统电能的质量。首先，谐波电流的出现，使得新能源并网存在畸形情况，电能质量无法达到电网稳定运行的具体需求，甚至使得电力系统运行过程中，存在着一定的安全威胁，电力事故隐患较多，严重时甚至会引发整个电力系统的瘫痪，影响人们正常的生产生活。因此，为有效避免新能源并网后电网谐波的产生，往往需要采取必要的控制措施。

3风电并网技术的发展趋势分析

风电并网技术在未来发展中，需要积极调整电力系统的管理模式以及运行技术手段，以此提高风电系统的资源配置能力及运行技术水平，从而确保风电系统能够实现对新能源的大规模集中接入、大范围消纳与远距离输送，进而实现对风能的高效利用，确保电力系统的安全、可靠、经济运行。除此之外，风电并网技术还将向着实用化、在线化以及可视化的方向进行发展，同时系统还将具备在线应用功能，使预警、控制、系统分析等功能进行一体化结合，进而使风力发电能够得到全周期性的监测，并对风力发电状态做出全过程化的客观评估，从而使我国风电电力技术在各个领域中发挥出更大的应用价值。

结束语

本文提出风机并网后对系统等值惯性时间常数影响的分析方法，得出了在风电并网后对同步机运行方式的不同影响情况下对惯性时间常数影响的一般规律，为风电并网后如何改变同步机运行方式以降低对系统惯量水平的影响提供了一定理论参考；通过系统等值惯性时间常数这一桥梁，进一步对风电并网对系统频率响应指标进行了量化分析，并依据求解出的最小等值惯性时间常数，可以确定系统为满足运行经济性所能替换同步机的比例极限，对含新能源电力系统的规划与设计具有一定的帮助。

参考文献

[1]赵艳龙,李勤超,何一帆,万东,龙彪,何锋.分布式光伏电源并网对配电网的影响研究[C].中国电力科学研究院有限公司、国网电投（北京）科技中心、《电信科学》杂志社.第三届智能电网会议论文集.中国电力科学研究院有限公司、国网电投（北京）科技中心、《电信科学》杂志社:国网电投(北京)科技中心,2018:390-394.

[2]包广清,谭宏涛,丁坤,汪宁渤,高鹏飞.基于虚拟同步机的光伏并网系统控制研究[J].电气工程学报,2018,13(12):19-23.

[3]毛颖丝.光伏发电并网对电力系统的影响与建议[J].科技创新导报,2018,15(36):31-32.