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大容量风电并网电网故障对潮流的影响

导读: 风力发电作为清洁环保型能源得到了迅猛发展, 但大规模风电场接入电网对电力系统安全稳定运行、保护设置及电能质量等产生了影响。以赤峰电网实际发生的电网故障为例, 通过综合分析程序对故障期间的电网工况进行建模仿真, 分析故障情况下风电突变对电网潮流的影响。

  由于化石燃料的日益枯竭及人类对全球环境恶化的关注,20世纪70年代以来,各国相继投入大量的资金用于可再生能源的开发,寻求一条可持续发展的道路。作为最具规模开发和商业化发展前景的可再生能源发电之一,风力发电得到了广泛的开发和利用。我国风电开发也迅猛发展。2005年末,全国风电装机总容量达到1260MW,占世界风电总装机容量约211%;2009年末,全国风电装机总容量达到2300MW,占世界风电总装机容量约10%。2020年我国风电发展的远期目标计划达到30GW。

  内蒙古赤峰市凭借优越的风力资源条件,风力发电得到突飞猛进的发展,截至2009年,在赤峰电网220kV并网的风电场8座、66kV2座,装机总容量为1115MW,占地区总装机容量约28%。集中并入赤峰北部电网,经过2条220kV送电线路送出。2010年并网的风电容量将达到1200MW。

  虽然风电作为优质清洁能源,但其作为电源具有间歇性和难以调度的特性,大规模风电场接入电网对电力系统安全稳定运行产生影响。随着更多风电场投入运行,风电并网等电气工程技术问题也会越来越突出。电网故障期间风电机组如何动作将对电网的潮流带来影响,对原有的保护设置提出新的挑战。本文以赤峰电网实际发生的电网故障为例,分析大容量风电接入对电网造成的影响。通过电力系统分析综合程序PSASP对故障期间的电网工况进行仿真分析。

  1 故障过程

  2009年4月25日17:13赤峰供电公司所属220kV9号线B相故障,三相重合不良,两侧纵联保护及火电厂侧距离I段动作;220kV丙变电所2套CSS100BE稳控装置动作切风电送出线路两侧开关,风电场风机停运。

  火电厂1号机当时出力为240MW,发变组差动保护动作,1号机跳闸。2号、3号、4号机组正常运行。

  事故前风电出力大,经5号线送出270MW、7号线送出145MW、4号线向系统侧输入155MW有功。9号线两侧跳闸后,4号线潮流陡降,低于稳控装置的无流定值(20MW),持续约80ms,丙变电所2套CSS100BE稳控装置判4号线单相故障,三相跳开,稳控装置切除5号线策略执行(见图1)。

220KV电网局部结构

  2 仿真分析

  应用电力系统分析综合程序PSASP对赤峰电网进行建模仿真分析。因仿真程序中已含有风电机组模型,所以用鼠笼异步式和双馈式两种模型分别仿真赤峰电网中的恒速恒频和双馈变速恒频两种类型的风机。

  分析事故时只考虑故障过程而未考虑机组减出力情况。模拟计算后,发现4号线功率由事故前的173MW下降到事故后的150MW,模拟计算与实际变化过程差距较大。再次核对故障录波图,对相关节点220kV线路的功率进行了核对,发现除4号线功率有陡降外,故障前1号线由火电厂向甲变电所输送约224MW有功,故障线路跳闸后功率接近零。同时受短路故障接入的影响,风电送出功率降低约30%。在故障切除的短时间内,经5号线送出有功功率突变为205MW,7号线送出有功功率突变为95MW。同时向北部电网供电的220kV6号线潮流突增了近1倍,220kV8号线潮流反方向为火电厂侧送电。

  再次仿真计算时,模拟过程中增加了火电厂机组故障和风机出力降低两种节点扰动情况,结果与实际情况比较相符。4号线、6号线和1号线功率均出现较大波动。主要原因是在9号线单相故障情况下,风电机组出力降低,原4号线外送潮流下降,送电线路6号线潮流增加;同时火电机组跳闸,相关节点功率进行了重新分布。实际潮流与仿真计算结果如表1所示。

实际潮流与仿真计算结果

  虽然经过矫正后计算结果与实际潮流仍然存在误差,但故障过程和潮流变化趋势已能够模拟。潮流计算结果如图2所示。

潮流计算结果

  3 结束语

  在电网发生事故时,系统电压瞬时发生变化,风机在自身保护特性的作用下,降低了出力,系统潮流重新分布,重要联络线潮流变化明显。通过电网实际故障经模拟计算,仿真了故障情况下风电机组出力变化对系统潮流的影响,因此在各种工况计算时,应充分考虑风电机组出力对计算结果的影响。积累风电运行经验,对故障期间风电机组的实际动作、出力变化情况提供基础数据,以提高仿真计算的精确度,更好地掌握在风电机组并网时的系统运行经验。

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