大容量風電并網電網故障對潮流的影響

由于化石燃料的日益枯竭及人類對全球環境惡化的關注，20世紀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，尋求一條可持續發展的道路。作為最具規模開發和商業化發展前景的可再生能源發電之一，風力發電得到了廣泛的開發和利用。我國風電開發也迅猛發展。2005年末，全國風電裝機總容量達到1260MW，占世界風電總裝機容量約211%；2009年末，全國風電裝機總容量達到2300MW，占世界風電總裝機容量約10%。2020年我國風電發展的遠期目標計劃達到30GW。

內蒙古赤峰市憑借優越的風力資源條件，風力發電得到突飛猛進的發展，截至2009年，在赤峰電網220kV并網的風電場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，經過2條220kV送電線路送出。2010年并網的風電容量將達到1200MW。

雖然風電作為優質清潔能源，但其作為電源具有間歇性和難以調度的特性，大規模風電場接入電網對電力系統安全穩定運行產生影響。隨著更多風電場投入運行，風電并網等電氣工程技術問題也會越來越突出。電網故障期間風電機組如何動作將對電網的潮流帶來影響，對原有的保護設置提出新的挑戰。本文以赤峰電網實際發生的電網故障為例，分析大容量風電接入對電網造成的影響。通過電力系統分析綜合程序PSASP對故障期間的電網工況進行仿真分析。

1 故障過程

2009年4月25日17：13赤峰供電公司所屬220kV9號線B相故障，三相重合不良，兩側縱聯保護及火電廠側距離I段動作；220kV丙變電所2套CSS100BE穩控裝置動作切風電送出線路兩側開關，風電場風機停運。

火電廠1號機當時出力為240MW，發變組差動保護動作，1號機跳閘。2號、3號、4號機組正常運行。

事故前風電出力大，經5號線送出270MW、7號線送出145MW、4號線向系統側輸入155MW有功。9號線兩側跳閘后，4號線潮流陡降，低于穩控裝置的無流定值(20MW)，持續約80ms，丙變電所2套CSS100BE穩控裝置判4號線單相故障，三相跳開，穩控裝置切除5號線策略執行(見圖1)。

2 仿真分析

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

分析事故時只考慮故障過程而未考慮機組減出力情況。模擬計算后，發現4號線功率由事故前的173MW下降到事故后的150MW，模擬計算與實際變化過程差距較大。再次核對故障錄波圖，對相關節點220kV線路的功率進行了核對，發現除4號線功率有陡降外，故障前1號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。同時受短路故障接入的影響，風電送出功率降低約30%。在故障切除的短時間內，經5號線送出有功功率突變為205MW，7號線送出有功功率突變為95MW。同時向北部電網供電的220kV6號線潮流突增了近1倍，220kV8號線潮流反方向為火電廠側送電。

再次仿真計算時，模擬過程中增加了火電廠機組故障和風機出力降低兩種節點擾動情況，結果與實際情況比較相符。4號線、6號線和1號線功率均出現較大波動。主要原因是在9號線單相故障情況下，風電機組出力降低，原4號線外送潮流下降，送電線路6號線潮流增加；同時火電機組跳閘，相關節點功率進行了重新分布。實際潮流與仿真計算結果如表1所示。

雖然經過矯正后計算結果與實際潮流仍然存在誤差，但故障過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

在電網發生事故時，系統電壓瞬時發生變化，風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，重要聯絡線潮流變化明顯。通過電網實際故障經模擬計算，仿真了故障情況下風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，應充分考慮風電機組出力對計算結果的影響。積累風電運行經驗，對故障期間風電機組的實際動作、出力變化情況提供基礎數據，以提高仿真計算的精確度，更好地掌握在風電機組并網時的系統運行經驗。