新能源并网谐波振荡特性及分析-南方电网_25页_13mb

报告摘要

新能源并网谐波振荡特性及分析总结

核心内容

随着我国能源结构向绿色低碳转型，新能源发电（如风电、光伏）的装机容量和发电量持续增长，在电力系统中发挥重要作用。然而，新能源并网系统在运行过程中容易引发系统振荡，影响电网的安全稳定运行。本文重点分析了新能源并网系统中三种主要的谐波振荡类型及其影响，并提出相应的抑制措施。

主要观点

新能源并网系统的发展与挑战
- 新能源发电（风电、光伏）发展迅速，装机容量和发电量占比不断提升，对电力系统安全运行提出更高要求。
- 新能源并网系统存在小扰动易引发系统振荡的问题，且已发生多起振荡事故，导致设备损坏和系统停运。
谐波振荡的三类原因
- 第I类谐波振荡：由新能源并网变流器与电网相互作用引发。
- 第II类谐波振荡：由新能源并网系统与电网相互作用导致谐波放大。
- 第III类谐波振荡：由新能源出力波动引发系统强迫功率振荡。
- 三类振荡均对系统稳定运行构成威胁，频率范围广泛，从低频（<1Hz）到高频（>1000Hz）均有发生。
振荡的抑制措施与分析方法
- 不对称dq电流控制：通过调整控制器不对称程度，提高系统相位裕量，抑制振荡。
- 锁相环相位前馈控制：引入相位前馈环节，提升系统在变工况下的稳定性。
- 无源阻尼策略：通过投入C型滤波器，重塑系统阻抗特性，有效抑制高频振荡。
- 小信号建模与阻抗分析：建立带频率耦合的阻抗模型，分析系统振荡条件，提出合理化预防建议。

关键信息

全国可再生能源发展情况
- 2023年上半年，可再生能源新增装机1.09亿千瓦，占新增装机的77%。
- 风电新增并网2299万千瓦，光伏发电新增并网7842万千瓦。
- 截至2023年上半年，风电累计装机3.89亿千瓦，光伏发电累计装机4.7亿千瓦。
- 风电、光伏发电量分别达4628亿千瓦时和2663亿千瓦时，同比增长20%和30%。
- 风电、光伏发电量占比预计2023年将达到15.3%。
典型振荡事故案例
- 哈密风电场：出现20~80Hz低频谐波，导致火电机组切机，造成变压器异常振动和风机脱网。
- 河北光伏电站：产生高频谐波，导致SVG退出运行，光伏无法接入。
- 浙江舟山风电区域：高电缆化率电网引发41次高频谐振，烧毁线路联络开关。
- 保山地区：SVG+集电线与系统发生谐振，35次谐波放大至多个220kV变电站。
- 某水电厂：由于光伏电站反复切换低电压穿越控制，引发低频功率振荡。
谐波放大机制
- 海底电缆与电网在特定条件下可能形成串联谐振，放大背景谐波电压。
- 电缆长度对谐波放大有显著影响，10~80km范围内均可能放大电网背景谐波。
- 风电场与电缆共同作用，可能引发更复杂的谐波放大机理。
关键模型与方法
- 自导纳模型：用于分析新能源并网系统与电网相互作用产生的谐波振荡。
- 伴随导纳模型：用于分析频率耦合现象，提升系统稳定性。
- 阻抗模型：结合频率耦合，提高系统模型准确性，分析振荡条件。
- 频率耦合现象：通过锁相环与派克变换，识别并分析不同频率分量对系统的影响。
实验验证与结论
- 通过现场试验，验证了不同电缆长度对谐波放大效果的影响。
- 提出需综合考虑风电场运行工况、电缆长度及电网耦合强度等因素，制定宽频无谐振抑制措施。
- 通过调整控制器不对称系数 $k$，可有效提升系统相位裕量，抑制振荡。
- 正确的 $k$ 值能显著提高系统稳定性，降低振荡风险。