郭 琪，溫雪嬌

（1.內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)電力系統(tǒng)智能化電網(wǎng)仿真企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010020；3.呼和浩特供電公司，呼和浩特 010020）

0 引言

近年來(lái)，隨著大區(qū)電網(wǎng)的不斷互聯(lián)，省級(jí)電網(wǎng)之間動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象逐漸顯露出來(lái)。內(nèi)蒙古電網(wǎng)通過(guò)汗?！猎?、豐泉—萬(wàn)全兩條500 kV通道向外送電，與華北電網(wǎng)屬于弱區(qū)域互聯(lián)。內(nèi)蒙古電網(wǎng)500 kV系統(tǒng)的主要問(wèn)題是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性決定了500 kV電網(wǎng)主要斷面的控制極限，也嚴(yán)重限制了內(nèi)蒙古電網(wǎng)西電東送能力[1-3]。長(zhǎng)南線聯(lián)網(wǎng)方式下，內(nèi)蒙古電網(wǎng)與華北電網(wǎng)的振蕩模式為“蒙西—山東”振蕩，山西兩橫特高壓系統(tǒng)外送潮流較重時(shí)，該振蕩模式為“蒙西—山東+山西”振蕩[4-6]。另外，大規(guī)模風(fēng)電的接入，也會(huì)給電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性帶來(lái)影響[7-8]。

本文通過(guò)小干擾和大擾動(dòng)穩(wěn)定分析方法，結(jié)合雙饋風(fēng)機(jī)的特性分析大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)內(nèi)蒙古電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性的影響，并提出提高內(nèi)蒙古電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性的方法。

1 雙饋風(fēng)機(jī)模型

雙饋風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)換流器與電網(wǎng)相連，定子側(cè)通過(guò)變壓器與外部電網(wǎng)相連。本文主要對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)和換流器進(jìn)行建模。以單一慣性來(lái)描述風(fēng)機(jī)各慣性部件的總和，并忽略磁飽和效應(yīng)和定子電阻。

圖1 雙饋風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Configuration of doubly?fed wind generator

對(duì)以上模型進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算，可得到單臺(tái)風(fēng)機(jī)建模公式，將風(fēng)電場(chǎng)簡(jiǎn)化為眾多風(fēng)機(jī)的并聯(lián)，等值風(fēng)電場(chǎng)模型由一臺(tái)大風(fēng)機(jī)等效得出[9]。

2 內(nèi)蒙古電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性分析

小干擾穩(wěn)定特性分析采用中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司開(kāi)發(fā)的PSD-SSAP程序。根據(jù)DL/T 1234—2013《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計(jì)算技術(shù)規(guī)范》中小擾動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)阻尼比應(yīng)滿足：在正常運(yùn)行方式下，區(qū)域振蕩模式以及與大電廠、大機(jī)組強(qiáng)相關(guān)的振蕩模式的阻尼比達(dá)到0.03以上；故障后的特殊運(yùn)行方式下，阻尼比需達(dá)到0.01～0.02。

大擾動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定值采用中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司開(kāi)發(fā)的PSD-BPA程序中的Prony分析功能進(jìn)行判斷，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定判穩(wěn)條件為故障后阻尼不低于0.015。本文基于中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司下發(fā)的2—3年滾動(dòng)校核數(shù)據(jù)，分析不同因素對(duì)內(nèi)蒙古電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性的影響。

內(nèi)蒙古電網(wǎng)通過(guò)汗海—沽源、豐泉—萬(wàn)全兩條500 kV通道向外送電，外送斷面4900MW，呼豐斷面8100MW，呼包斷面5100MW。內(nèi)蒙古電網(wǎng)與華北地區(qū)電網(wǎng)連接示意圖見(jiàn)圖2。內(nèi)蒙古電網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組主要集中在北部，火電機(jī)組主要集中在南部。以2023年預(yù)測(cè)豐平大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，其中風(fēng)電總裝機(jī)容量19470MW，火電總裝機(jī)容量52880MW，負(fù)荷取35500MW。外部邊界條件為：特高壓長(zhǎng)南線北送功率2000MW，山西兩橫特高壓工程落地，送出功率150000MW，山東電網(wǎng)為送電模式。

圖2 內(nèi)蒙古電網(wǎng)與華北地區(qū)連接示意圖Fig.2 Schematic diagram of connection between Inner Mongolia power grid and North China area

采用小干擾穩(wěn)定分析方法對(duì)不同風(fēng)電出力下內(nèi)蒙古電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知，內(nèi)蒙古風(fēng)電零出力時(shí)，阻尼比為0.052，為強(qiáng)阻尼振蕩模式；隨著風(fēng)電的不斷接入，阻尼比不斷提升，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平呈提高趨勢(shì)。

表1 內(nèi)蒙古風(fēng)電出力對(duì)其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響（小干擾穩(wěn)定分析法）Tab.1 Influence of Inner Mongolia wind power on its dynamic stability(small disturbance stability analysis)

風(fēng)電機(jī)組慣性在機(jī)組小出力時(shí)有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。風(fēng)電開(kāi)機(jī)越多，每臺(tái)機(jī)組出力越小，對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平的提高越有利。以方式1和方式4為例，內(nèi)蒙古電網(wǎng)對(duì)山東電網(wǎng)振蕩模態(tài)圖分別如圖3、圖4所示。對(duì)比可知，隨著內(nèi)蒙古風(fēng)電出力增加，系統(tǒng)阻尼比增加，穩(wěn)定特性增強(qiáng)。

圖3 方式1下內(nèi)蒙古電網(wǎng)對(duì)山東電網(wǎng)振蕩模態(tài)圖Fig.3 Oscillation modal diagram of Inner Mongolia power grid to Shandong power grid under mode 1

圖4 方式4下內(nèi)蒙古電網(wǎng)對(duì)山東電網(wǎng)振蕩模態(tài)圖Fig.4 Oscillation modal diagram of Inner Mongolia power grid to Shandong power grid under mode 4

采用大擾動(dòng)穩(wěn)定分析方法對(duì)不同風(fēng)電出力情況下內(nèi)蒙古電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。大規(guī)模風(fēng)電接入后，內(nèi)蒙古電網(wǎng)潮流北輕南重現(xiàn)象緩解，南北潮流分布均勻，電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性呈現(xiàn)提升趨勢(shì)，且內(nèi)蒙古風(fēng)電出力越大，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性越好。以方式1和方式4為例，在大擾動(dòng)方式下，內(nèi)蒙古電網(wǎng)豐泉—萬(wàn)全、汗海—沽源送出線路有功功率變化曲線分別如圖5、圖6所示。由圖5和圖6可以看出，大規(guī)模風(fēng)電接入內(nèi)蒙古電網(wǎng)，外送通道功率更快趨于穩(wěn)定，有助于提升系統(tǒng)阻尼比，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性增強(qiáng)。一方面風(fēng)電機(jī)組可以替代阻尼比較低、易發(fā)生振蕩的傳統(tǒng)火電機(jī)組，同時(shí)北部風(fēng)電機(jī)組的大規(guī)模接入，改善了內(nèi)蒙古電網(wǎng)外送通道潮流，使豐泉—萬(wàn)全、汗海—沽源兩條外送通道輸送潮流的差值減?。涣硪环矫骐p饋風(fēng)機(jī)提供正阻尼，使系統(tǒng)整體阻尼比得到提升，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性變好。

表2 內(nèi)蒙古風(fēng)電出力對(duì)其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響（大擾動(dòng)穩(wěn)定分析法）Tab.2 Influence of Inner Mongolia wind power manner on its dynamic stability(big disturbance stability analysis)

圖5 方式1下內(nèi)蒙古電網(wǎng)外送線路有功功率變化曲線Fig.5 Active power changing curve of external transmission lines in Inner Mongolia power grid under Mode 1

圖6 方式4下內(nèi)蒙古電網(wǎng)外送線路有功功率變化曲線Fig.6 Active power changing curve of external transmission lines in Inner Mongolia power grid under Mode 4

3 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性改善措施

3.1 加裝電子系統(tǒng)穩(wěn)定器

機(jī)組加裝電子系統(tǒng)穩(wěn)定器（Power System Sta?bilizer，PSS）或優(yōu)化已有PSS參數(shù)，以滿足事故后運(yùn)行方式的需求，尤其是在振蕩模式強(qiáng)相關(guān)的機(jī)組上增設(shè)PSS，對(duì)于增強(qiáng)阻尼、提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性效果更為顯著。

3.2 加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償器

靜止無(wú)功補(bǔ)償器（Static Var Compensator，SVC）可提供無(wú)功支持和電壓控制，加入附加阻尼控制后，SVC可有效提高系統(tǒng)電氣阻尼。在豐泉—萬(wàn)全、汗?！猎淳€路節(jié)點(diǎn)搭建SVC及附加阻尼控制器，可在一定程度上提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平。

3.3 建設(shè)異步聯(lián)網(wǎng)工程

將豐泉—萬(wàn)全、汗?！猎磧蓷l外送通道改為背靠背直流輸電，在汗海500 kV變電站、豐泉500 kV變電站側(cè)建設(shè)同時(shí)包含整流和逆變?cè)O(shè)備的背靠背換流站，實(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古電網(wǎng)與華北電網(wǎng)的異步互聯(lián)。通過(guò)異步聯(lián)網(wǎng)工程可以有效解決內(nèi)蒙古電網(wǎng)與山東電網(wǎng)的振蕩問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文采用小干擾和大擾動(dòng)穩(wěn)定分析方法對(duì)不同比例風(fēng)電接入下內(nèi)蒙古電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，內(nèi)蒙古風(fēng)電零出力時(shí)，內(nèi)蒙古電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性最差；隨著風(fēng)電出力水平的提高，內(nèi)蒙古電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平逐漸提升。大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組接入，可有效提升電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平。

加裝PSS或SVC雖是便捷而經(jīng)濟(jì)的措施，但加強(qiáng)、改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)才是解決內(nèi)蒙古電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的根本辦法，在外送斷面采用背靠背直流輸電方式，可以有效解決內(nèi)蒙古電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題。