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并网可再生能源:弱电网面临的严峻挑战

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ageing grid assets
本文简要地讨论了并网可再生能源至弱电网会面临的主要挑战。
  • 发布日期:
  • 关键词: Energy

无论在输电环节还是配电环节,并网可再生能源的重点在于将大容量电力系统中可靠经济的资源进行合并,同时保证电网完整性,可靠性和载荷交付能力。 整合基于电气的可再生能源,例如风能,太阳能和在电网中占少部分且配备复杂快速反映控制体系的存储单元,已经成为设备制造商、电网规划商和运营商面临的挑战。 挑战来自于将可再生能源与弱电网连接,这可能会造成瞬态电压、电压振荡和系统不稳定这些现象。 如果问题被忽视和/或在整合项目的计划和设计时间未被强调,推迟发电系统相互连接或缩减发电产量将不可避免地给发电开发商造成重大经济风险。 此外,在商业运营发电单元后才鉴定问题将削弱电网的可靠性。 本文简要地讨论了并网可再生能源至弱电网会面临的主要挑战。


 

电力系统的强度,乃由注入无功功率期间系统能否维持其电压为定。 同较弱的系统相比,较强的系统会在无功功率注入过程中,发生较少的电压变化。 短路比(SCR),即相连电网短路兆伏安(连接发电机前)同相接的发电机兆瓦容量的比例,已被用来量化互相连接的发电机的电力系统强度。 短路比(SCR) 越低,电网越弱。 较弱的系统在快速控制器连接可再生能源时,会稍逊一筹。 这是因为以电子为主的发电机组内之电压/无功功率控制回路在相互连接时对发生的任何电压变化,具备可实时注入无功功率之反应。 快速注入或吸收无功功率到带有高电压/无功(Volt/VAR)特性的弱电网可能转化为无阻尼的电压振荡。 因此,除了系统强度外,可再生能源之电压控制器速度对相关的动态响应和相连电网的稳定性有一定影响。 减少电压控制器增益虽然会减慢电压控制器与可再能源相关的反应,缓解电压振荡,但也会减慢意外事故后的电压恢复。 对于并网可再生能源的研究来说,尤其弱电网,故障后瞬态电压恢复和稳态响应之间的平衡大为关键。

 

已经定义了系统强度及其对快速并网可再生能源行动的影响,接下来值得讨论的是为什么并网可再生能源进电网的薄弱部分仍然是一个挑战,以及为什么尽管在该领域的研究硕果累累,设备制造商、电网规划者和运营者仍需在该问题上汲汲努力。


 

第一个原因是,在大部分情况下,设备制造商或许不能获得精确的短路比(SCR) 水平相比拟连接可再生资源的系统强度。 因此,他们一般会调整控制系统的短路比(SCR) 水平,但却不一定相符实际互连电网相连电网的短路比(SCR)。 此外,电网强度可能在突发事件期间有很大的变化,对设备制造商来说,这可能是另一个阻碍他们精确调整控制系统以确保稳定性和意外事故后可接受的电压恢复。


 

第二个原因是,传统系统强度指数不一定对所有电网拓扑结构有效。 传统的短路是用来计算拟连接的单一发电系统之电网的单一线路的强度。 然而在某些情况下,快速反应的可再生能源群组, 虽各有不同控制理念和参数, 会直接相连系统内的临近线路并构成超节点。 此时,以单一线路为本的系统强度,关联性不强; 反而应需计算可再生能源群组相关的超节点之系统强度,以调衡控制系统。


 

简单而言,并网可再生能源至弱电网需要进行综合性计划研究,以计算相关的不稳定性和技术性风险。 DNV GL电力系统计划组可以说明消除设备制造商、发电公司和相连电网间的差距,计算在正常和突发情况下的项目可行性及相关的技术性风险; 跟据电网拓扑结构和不稳定性之条件, 提出相符设备制造商或电力公司的缓解措施。


 

鉴于上述挑战,从电力系统瞬时稳定角度, 进行以下的实践范围,可有效地进行并网可再生能源计划:

 

  • 为研究中的可再生能源建立以设备为本的用户专有动态模型或度身修定一般公开可用的动态模型,以及采用实时测试数据和响应来衡量建立的动态模型。
  • 利用电力潮流和动态参数以至动态模型以代表仿真软件中的可再生能源板块。
  • 依序渐增可再生能源板块模型至相连电网的电力潮流和动态数据,并进行瞬时稳定分析以计算正常和突发情况以及多种控制策略下所建议的可再生能源及其连接网的稳定性。
  • 如果在并网可再生能源进电网的过程中发现了任何不稳定性,则需进行详细的分析以确定造成不稳定性的深层原因。
  • 如果发现不稳定问题乃由可再生能源和其控制器所造成,则应对发电机各级缓解项,如与可再生资源和/或静态/动态并联装置相关的控制器,进行调查。
  • 如果发现可靠度由相连电网或相邻设备所造成,则对系统级各种缓解选项,如输电/配电系统扩张、静态/动态并联装置、重调机器设备层控制器以优化协调控制策略、高压直流电和同步电容器,进行调查。


总而言之,并网可再生能源进弱电网, 进行稳定性影响的调查是非常重要的一环。 DNV GL的电力能源系统计划组在模拟可再生能源、详细的瞬时稳定研究、并网可再生能源中的发电机级和系统级的缓解方案等综合范围,凭借丰富的行内经验,提供以专业知识为本的各种策略。 欢迎联络DNV GL团队,我们可为您提供更多有关信息。