大規模新能源接入弱同步支撐直流送端電網的運行控制技術綜述

摘 要：隨著我國科學技術水平的不斷發展與進步，開辟新能源成為當前需要關注的重點問題。本文主要從頻率調節、無功電壓控制及次同步振蕩機理與抑制技術這三個方面對運行控制技術進行綜述，并針對新能源大規模發展過程中的一些盲點提出亟待研究的內容，對新能源大規模發展的前景進行展望。

關鍵詞：大規模新能源;弱交流電網;系統頻率調節;無功電壓控制;次同步振蕩

中圖分類號：TM732文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）31-0133-03

Reviews of Control Technologies of Large-Scale Renewable

Energy Connected to Weakly-Synchronized Sending-End DC Power Grid

LI Dongmei

（Central China Electric Power Engineering Corporation Limited，Zhengzhou Henan 450007）

Abstract： With the continuous development and progress of science and technology in China， the development of new energy has become a key issue to be concerned. This paper summarized the operation control technology from three aspects： frequency regulation， reactive voltage control， subsynchronous oscillation mechanism and suppression technology， and put forward some urgent research contents in view of some blind spots in the process of large-scale development of new energy， and looked forward to the prospect of large-scale development of new energy.

Keywords： large-scale new energy;weak ac power grid;system frequency regulation;reactive powervoltage control;subsynchronous oscillation

風力發電與光伏發電作為新能源大規模運用的典型代表，已被國內外的研究所認可。在我國，風力發電與光伏發電已經取得了巨大的運用成果，我國地形種類多樣恰好為風力發電與光伏發電提供了有利的運用環境。華北、東北、西北這三大地區充當了大規模運用新能源的主力軍和先鋒?！叭薄钡貐^作為新能源發電的發出地自然要承擔起輸電的重任。我國中東部地區由于自身發展速度較快，因此，對能源的需求量也高于“三北”地區。新能源的大規模運用不僅是解決該地區能源負荷地區問題的一項福利，更為“三北”地區借勢發展提供了契機?；セ莼ペA的新能源大規模發展之舉深得能源輸出地和能源輸入地的青睞和認可，同時也能更大程度上解決我國能源供不應求、地區發展不平衡的問題，新能源在眾多認可的支撐下發展也更加迅速。

1 運行控制技術綜述

1.1 頻率調節技術

1.1.1 直流系統頻率調節。直流系統頻率調節作為保持發電穩定性的一種措施在發電頻率調節方面發揮著巨大作用。一般來說，直流系統比交流系統更加穩定，電流大小和電流流向恒定不變的特點能較好地對新能源的發電進行引導，而且在直流系統的輔助下，新能源在發電過程中受外界的影響更小[1]。

1.1.2 新能源頻率調節。除了依靠外界直流系統進行發電的輔助頻率調節外，新能源更應該立足自身特點進行頻率調節，只有其不斷彌補自身發電的不穩定性缺陷，才能從根本上解決問題，從而避免安全隱患的遺留，減少發電過程中安全事故發生的概率。新能源機組作為電網頻率調節的重要部分，在電網頻率調節過程中掌握著主動權。新能源機組具有快速調節的優勢，如果新能源機組能積極參與到電網頻率調節過程中，便能使電網頻率的調控達到事半功倍的效果。

1.2 無功電壓控制技術

1.2.1 新能源無功電壓調節。之前西北、華北等地事故的出現并不能直接對新能源接入電網進行籠統的否定，出現事故只能證明新能源在電網中運用時存在一些亟待改善之處，并不代表新能源接入電網絕對不可行。對之前出現的事故進行詳細分析，便會發現事故出現的一個共性是大量的風電機并不具備高低電壓有效調控的能力，風電場無功電壓控制方式不合理是導致事故出現的真正原因。由此可見，新能源無功電壓調節在電網平穩運行和有序調節過程中仍然發揮著不可替代的作用，新能源接入電網設計者要在新能源無功電壓調節的設計上下功夫。

1.2.2 直流系統無功電壓調節。運用直流系統進行輸電的情況下，無論是哪個環節，都需要消耗無功來支撐環節的順利進行[2]。直流系統內的電壓雖然比較穩定，電流也有一定的規律可循，但是，外界的電壓波動仍然會對直流系統的正常運行造成或大或小的影響。直流系統中的無功電壓調節已經實現了較多突破，比如，靜止無功補償器是在常規無功補償器的基礎上做出的突破，依靠設備之間的互相配合來實現協調電壓的問題，直流系統無功電壓調節工作的完成是各設備單獨工作的結果，同樣也是共同配合的成果。

1.3 次同步振蕩機理及抑制技術

1.3.1 與雙饋型風電機組有關的次同步振蕩研究。美國發生的大量風電機脫網和撬棒電路損壞事故為次同步振蕩機理及抑制技術的研究提出了更大的研究難題，也指明了研究方向。美國發生的這場事故被更多的研究定為與雙饋型風電機組有關的發散振蕩。雙饋型風電機組在工作過程中承擔著雙重任務，自然要更加復雜一些。串補線路本身就具有復雜的設計，而雙饋型風電機組的機械性占比更多，機械對復雜設計的處理能力還比較欠缺，因此，與雙饋型風電機組有關的次同步振蕩研究需要針對事故出現的薄弱點進行加強突破和完善。

1.3.2 與直驅型風電機組有關的次同步振蕩研究。與直驅型風電機組有關的次同步振蕩研究需要關注三個問題：第一，考慮跳閘問題，將風電機組置于同一條反饋線上，當出現事故時有的風電機組會跳閘，但有的不會，這應該從風電機組自身性能上找原因，可能是性能對故障大小的定位不同;第二，考慮同步振蕩的傳播距離，振蕩傳播距離直接影響風電機組的工作效果;第三，考慮仿真模擬振蕩，重點關注與直驅型風電機組有關的次同步振蕩在測試時，應如何模擬出強度、波動仿真效果。

1.3.3 與光伏發電有關的次同步振蕩研究。目前，國內外關于與光伏發電有關的次同步振蕩研究成果有限，這主要是受光伏發電事故的影響，因此，次同步震蕩機理及抑制技術還有很大的發展空間。光伏發電主要的影響因素是光照，因此，光伏發電在光照比較強的地方更具發電優勢。在有利條件下，光伏發電量和發電影響的面積一般都比較大，光伏發電隨著研究的深入也逐漸成為可能。

2 急需研究的內容

2.1 系統頻率調節技術

新能源接入電網并在電力運輸過程中擔任主力軍的作用是需要不斷克服自身局限性的。首先，要對新能源自身的特點進行準確定位。以風力發電為例，風力發電主要依靠大型風車的風力轉動產生電力，但是，風力發電因素不穩定，當風較大時，發電功率提升，但過大的功率會對電網運輸電力造成巨大壓力[3]。電網的電力承載力是有限的，如果功率較大，則會使電網工作處于負荷狀態。但如果風力較小，那就無法滿足發電的功率需求。因此，頻率調節技術仍是新能源大規模運用的發展重點和焦點。

2.2 無功電壓控制技術

無功電壓控制技術亟待研究的內容是新能源自身與直流系統兩個方面。新能源無功/電壓是一項最具有指導意義的因素，在無功電壓控制技術的進步上，應該更加關注新能源與常規電源的差異。新能源與常規電源雖然都是用來發電的，但在電源匹配情況上仍有所差別。針對新能源與常規能源的匹配差異性，在對無功電壓控制技術進行完善時，就要著重考慮兩者的差異，從而找準兩者的特點再進行逐個突破[4]。除此之外，直流系統中無功資源的充分利用也能為新能源接入電網的整體技術增添推動力。直流交換站可以對能源進行適當轉換，并能對系統運用過程中的高低壓進行界定。通過直流系統中的能源轉換能將波動較大的電壓保持在新能源機組接受范圍之內，從而保障新能源機組能發揮出最大的性能來應對壓力變化。

2.3 次同步振動機理與抑制技術

次同步振動機理設計方面應該更加趨于簡化，越是簡單的機理越便于操作。當機理方面出現問題時，也更容易檢查和維修。新能源發電存在一定的不穩定因素，較為波動的電壓與直流系統中穩定、方向一致的電壓顯然存在差異。而新能源與直流系統如果運用得好，可以達到相互作用的效果。抑制技術體現在變流器換流器上，遠距離的電流變換需要靈活的電力裝置作為支撐，因此，在新能源接入電網的過程中，要對變電設備和換電設備加以完善，只有保障好每個環節中每個硬件的性能，才能實現遠距離交流和直流的混合和交換。

3 結語

新能源大規模接入電網不僅是一個為人民謀福利的工程，更是緩解我國能源供不應求、分布不平衡的一項重要舉措。新能源是時代發展的產物，利用新能源進行大規模發電雖然已在嘗試普及，但在利用的過程中仍然存在一些亟待克服的問題，新能源的不斷完善和自我突破才是開辟廣闊發展道路的有效途徑。新能源接入電網主要是在頻率調節、無功電壓控制和次同步振動機理與抑制技術這三方面有所成效。同樣，在新能源大規模運用的發展道路上，這三方面也是主要突破點。

參考文獻：

[1]李霞林，郭力，黃迪，等.直流配電網運行控制關鍵技術研究綜述[J].高電壓技術，2019（10）：1-11.

[2]李明翔.智能電網調度控制系統的安全運行[J].集成電路應用，2019（11）：106-107.

[3]徐彬.全功率變換型風電機組支撐電網的控制策略研究[D].青島：青島大學，2018.

[4]馬進，趙大偉，錢敏慧，等.大規模新能源接入弱同步支撐直流送端電網的運行控制技術綜述[J].電網技術，2017（10）：3112-3120.