大容量風(fēng)電并網(wǎng)電網(wǎng)故障對(duì)潮流的影響

由于化石燃料的日益枯竭及人類對(duì)全球環(huán)境惡化的關(guān)注，20世紀(jì)70年代以來，各國相繼投入大量的資金用于可再生能源的開發(fā)，尋求一條可持續(xù)發(fā)展的道路。作為最具規(guī)模開發(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)電得到了廣泛的開發(fā)和利用。我國風(fēng)電開發(fā)也迅猛發(fā)展。2005年末，全國風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到1260MW，占世界風(fēng)電總裝機(jī)容量約211%；2009年末，全國風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到2300MW，占世界風(fēng)電總裝機(jī)容量約10%。2020年我國風(fēng)電發(fā)展的遠(yuǎn)期目標(biāo)計(jì)劃達(dá)到30GW。

內(nèi)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(jī)總?cè)萘繛?115MW，占地區(qū)總裝機(jī)容量約28%。集中并入赤峰北部電網(wǎng)，經(jīng)過2條220kV送電線路送出。2010年并網(wǎng)的風(fēng)電容量將達(dá)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(diào)度的特性，大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。隨著更多風(fēng)電場(chǎng)投入運(yùn)行，風(fēng)電并網(wǎng)等電氣工程技術(shù)問題也會(huì)越來越突出。電網(wǎng)故障期間風(fēng)電機(jī)組如何動(dòng)作將對(duì)電網(wǎng)的潮流帶來影響，對(duì)原有的保護(hù)設(shè)置提出新的挑戰(zhàn)。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(duì)電網(wǎng)造成的影響。通過電力系統(tǒng)分析綜合程序PSASP對(duì)故障期間的電網(wǎng)工況進(jìn)行仿真分析。

1 故障過程

2009年4月25日17：13赤峰供電公司所屬220kV9號(hào)線B相故障，三相重合不良，兩側(cè)縱聯(lián)保護(hù)及火電廠側(cè)距離I段動(dòng)作；220kV丙變電所2套CSS100BE穩(wěn)控裝置動(dòng)作切風(fēng)電送出線路兩側(cè)開關(guān)，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)停運(yùn)。

火電廠1號(hào)機(jī)當(dāng)時(shí)出力為240MW，發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)機(jī)跳閘。2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行。

事故前風(fēng)電出力大，經(jīng)5號(hào)線送出270MW、7號(hào)線送出145MW、4號(hào)線向系統(tǒng)側(cè)輸入155MW有功。9號(hào)線兩側(cè)跳閘后，4號(hào)線潮流陡降，低于穩(wěn)控裝置的無流定值(20MW)，持續(xù)約80ms，丙變電所2套CSS100BE穩(wěn)控裝置判4號(hào)線單相故障，三相跳開，穩(wěn)控裝置切除5號(hào)線策略執(zhí)行(見圖1)。

2 仿真分析

應(yīng)用電力系統(tǒng)分析綜合程序PSASP對(duì)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(jī)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型的風(fēng)機(jī)。

分析事故時(shí)只考慮故障過程而未考慮機(jī)組減出力情況。模擬計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)4號(hào)線功率由事故前的173MW下降到事故后的150MW，模擬計(jì)算與實(shí)際變化過程差距較大。再次核對(duì)故障錄波圖，對(duì)相關(guān)節(jié)點(diǎn)220kV線路的功率進(jìn)行了核對(duì)，發(fā)現(xiàn)除4號(hào)線功率有陡降外，故障前1號(hào)線由火電廠向甲變電所輸送約224MW有功，故障線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(nèi)，經(jīng)5號(hào)線送出有功功率突變?yōu)?05MW，7號(hào)線送出有功功率突變?yōu)?5MW。同時(shí)向北部電網(wǎng)供電的220kV6號(hào)線潮流突增了近1倍，220kV8號(hào)線潮流反方向?yàn)榛痣姀S側(cè)送電。

再次仿真計(jì)算時(shí)，模擬過程中增加了火電廠機(jī)組故障和風(fēng)機(jī)出力降低兩種節(jié)點(diǎn)擾動(dòng)情況，結(jié)果與實(shí)際情況比較相符。4號(hào)線、6號(hào)線和1號(hào)線功率均出現(xiàn)較大波動(dòng)。主要原因是在9號(hào)線單相故障情況下，風(fēng)電機(jī)組出力降低，原4號(hào)線外送潮流下降，送電線路6號(hào)線潮流增加；同時(shí)火電機(jī)組跳閘，相關(guān)節(jié)點(diǎn)功率進(jìn)行了重新分布。實(shí)際潮流與仿真計(jì)算結(jié)果如表1所示。

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

3 結(jié)束語

在電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，系統(tǒng)電壓瞬時(shí)發(fā)生變化，風(fēng)機(jī)在自身保護(hù)特性的作用下，降低了出力，系統(tǒng)潮流重新分布，重要聯(lián)絡(luò)線潮流變化明顯。通過電網(wǎng)實(shí)際故障經(jīng)模擬計(jì)算，仿真了故障情況下風(fēng)電機(jī)組出力變化對(duì)系統(tǒng)潮流的影響，因此在各種工況計(jì)算時(shí)，應(yīng)充分考慮風(fēng)電機(jī)組出力對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。積累風(fēng)電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)故障期間風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際動(dòng)作、出力變化情況提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以提高仿真計(jì)算的精確度，更好地掌握在風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。