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主干系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)利用可再生能源電源的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性等的影響

 AIpatent 2022-09-23 發(fā)布于上海

本文1438字,閱讀約需4分鐘

摘   要:本文中對(duì)日本之外一些國(guó)家的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的系統(tǒng)并網(wǎng)要求進(jìn)行了調(diào)查,并且使用基于IEC/TR 61850-90-7的無(wú)功電流控制模型,對(duì)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流注入對(duì)于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵字:太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、系統(tǒng)故障、無(wú)功電流控制、系統(tǒng)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

隨著太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力渦輪發(fā)電等可再生能源(RE)的引入被擴(kuò)展到電力系統(tǒng)中,傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)逐漸被取代。由于同步發(fā)電機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到一定作用,因此同步發(fā)電機(jī)被取代后,將存在難以保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。

為了解決這一問題,日本之外的一些國(guó)家在系統(tǒng)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中要求可再生能源的系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器必須配備額外的有功功率和無(wú)功功率控制。這些控制分為穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定功能和緊急狀態(tài)穩(wěn)定功能。動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制屬于后者,其通過向系統(tǒng)注入無(wú)功電流來(lái)支持短期和異常高/低壓水平下的系統(tǒng)電壓。但是,利用與同步發(fā)電機(jī)具有不同特性的系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流注入對(duì)干擾下電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響尚未闡明。

本研究中對(duì)日本之外一些國(guó)家的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的系統(tǒng)并網(wǎng)要求進(jìn)行了調(diào)查,并且使用基于IEC/TR 61850-90-7的無(wú)功電流控制模型,對(duì)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流注入對(duì)于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了探討。

背景

隨著通過逆變器并網(wǎng)到系統(tǒng)的太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源電力的引入擴(kuò)大,同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)容量減少,因此未來(lái)有可能難以維持系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此,日本之外的一些國(guó)家正在強(qiáng)制要求增加各種控制功能以支持可再生能源電源的系統(tǒng)穩(wěn)定性。在這些控制功能中,動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制有望在發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)維持電壓穩(wěn)定,但是,利用與同步發(fā)電機(jī)具有不同特性的可再生能源電源的高速無(wú)功電流供給對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性等的各種不良影響尚未得到充分整理。

目的

通過調(diào)查文獻(xiàn),了解日本之外一些國(guó)家有關(guān)可再生能源電源中動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的動(dòng)向。此外,通過Y法模擬分析,從主干系統(tǒng)故障時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定性(電壓、過渡穩(wěn)定性)和控制系統(tǒng)穩(wěn)定度的角度闡明效果和注意事項(xiàng)。

主要成果

1. 了解日本之外一些國(guó)家關(guān)于動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的動(dòng)向

以日本之外一些國(guó)家的并網(wǎng)要求等為對(duì)象對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)查后,在表1總結(jié)了動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)。該控制的主要目的是提高距離繼電器的操作可靠性,并在發(fā)生故障時(shí)抑制不具有繼續(xù)運(yùn)行功能的可再生能源電源的功率損耗量等,具有可再生能源電源所必需的控制功能。此外,在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC/TR 61850-90-71中總結(jié)了該控制的基本特性和可選擇的附加功能。

2. 系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性等的影響和注意事項(xiàng)

以上述標(biāo)準(zhǔn)為參照,構(gòu)建了能夠模擬動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的Y法模型,假定該控制已添加到特高壓系統(tǒng)的可再生能源電源中,并從系統(tǒng)故障時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā),總結(jié)了Y法模擬分析的結(jié)果(表2)。該控制的注意事項(xiàng)如下:

●消除故障后,由于檢測(cè)延遲等的影響,即使在電壓恢復(fù)后也會(huì)供給不必要的無(wú)功電流,因此可能導(dǎo)致產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓(持續(xù)時(shí)間取決于控制的檢測(cè)延遲和延遲時(shí)間)(圖1)。

在瞬態(tài)穩(wěn)定性方面,所供給的無(wú)功電流可能會(huì)與負(fù)載的電壓特性發(fā)生相互作用,從而減小發(fā)電機(jī)搖動(dòng)的阻尼(圖2)。

在短路容量較小的系統(tǒng)中,由動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制和系統(tǒng)構(gòu)成的反饋系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定(圖3),并且可能產(chǎn)生擺動(dòng)(圖4)。

圖1 對(duì)電壓的影響

圖2 對(duì)瞬態(tài)穩(wěn)定性的影響

圖3 反饋系統(tǒng)的構(gòu)成與不穩(wěn)定條件

圖4 對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

綜上所述,動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制根據(jù)系統(tǒng)狀況的不同,適當(dāng)?shù)脑O(shè)置程度也不同,并且在某些情況下可能會(huì)產(chǎn)生不利影響。因此,最好先預(yù)設(shè)功能,再按照地點(diǎn)對(duì)使用、不使用的選擇和參數(shù)的設(shè)定、再設(shè)定進(jìn)行判斷2)。

注:

1“Communication networks and systems for power utility automation - Part 90-7: Object models for power converters in distributed energy resources (DER) systems”, IEC/TR 61850-90-7, TECHNICAL REPORT, 2013-02

2為了迅速應(yīng)對(duì)系統(tǒng)狀況的變化和問題的發(fā)生,最好具備基于雙向通信的設(shè)置變更功能。


翻譯:李釋云

審校:李涵、賈陸葉

統(tǒng)稿:李淑珊

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