新能源场站涉网性能验证试验仿真分析

李旭涛;黄永宁;李宏强;田蓓;张爽;高峰

【摘 要】According to the evaluation requirement of the performance verification tests of new energy power stations involved in power grid,establishes a simulation model for the new energy power stations of Xiangshan area in Ningxia,puts forward the test schemes. By the simulation calculation,analyzes the evaluation effect of short-circuit tests at different locations on every new energy power station. The result shows that the short-circuit test on the exit of No.1 transmission line from Xiangshan to Xiangsha by the side of 110 kV bus in Xiangshan 330 kV substation can effectively assess the performances of the substation to marshal all new energy power stations involved in power grid,achieves the expectant verification purpose.%按照新能源场站涉网性能验证试验的考核要求，建立了宁夏香山地区新能源场站的模型，提出了具体的试验方案。并通过仿真计算分析了不同短路试验地点对各新能源场站的考核效果。结果表明：在宁夏香山330 kV变电站110 kV母线侧香沙I线出口进行短路试验可有效考核该变电站汇集的所有新能源场站的涉网性能，达到预期考核目标。

【期刊名称】《宁夏电力》

【年(卷),期】2014(000)006

【总页数】5页(P28-32)

【关键词】新能源场站;涉网性能;仿真

【作 者】李旭涛;黄永宁;李宏强;田蓓;张爽;高峰

【作者单位】国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011;国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011;国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011;国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011;国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011;国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011

【正文语种】中 文

【中图分类】TM733

宁夏作为我国大型能源基地，新能源接入电网的规模越来越大［1］。大量新能源场站的并网不仅给电网安全稳定运行带来巨大的挑战，也增加了新能源发电、并网设备试验工作的压力。与此同时，宁夏电网新能源电源近电气距离、大规模集中接入的建设特点与发展趋势，也为集中开展新能源场站涉网性能验证试验提供了条件。

新能源场站的涉网性能试验通过在电网中设置人工故障，主要考核新能源场站的涉网性能［2］。因而，选择合适的故障发生位置和故障类型，使尽可能多的新能源场站端的电气量在几次甚至一次故障中达到考核要求，不仅有助于减少试验工作量、提高工作效率，还能够降低频繁开展故障试验为电网带来的冲击。

本文以宁夏一新能源场区为研究对象，通过在汇集站110 kV汇集母线侧线路上的不同地点设置短路故障，分析各场站的电压波动情况能否满足新能源场站涉网性能的考核条件，为新能源场站涉网性能验证试验提供有效的方案。

该新能源场区有4个风电场和1个光伏电站，通过330 kV汇集变电站接入宁夏电网，如图1所示。

各风机机端额定电压为0.69 kV，经箱式变压器升压后接入电网；光伏逆变器出口电压0.35 kV，经组合变压器接入。其中，1号风电场直接接入汇集站；2、3号风电场通过汇集B线接入汇集站；4号风电场和光伏电站通过汇集A线接入汇集站。

1号风电场采用了上海电气风电设备有限公司和东方汽轮机有限公司生产的2种双馈机型，2号风电场采用运达风电设备公司的双馈机型，3号风电场采用新疆金风风机制造公司直驱机型，4号风电场采用上海电气风电设备有限公司的双馈机型。光伏电站采用特变电工新能源有限公司生产的逆变器。

现有的研究大多将电网当作单机无穷大系统来处理［3］，如图2所示。当风机与电网的联络线上发生故障时，这种方法有利于简化分析，有助于研究扰动对风机的影响，但同时也减小了扰动对电网的影响，需要在现场试验中考虑设置人工故障，并将故障对电网的扰动控制在可接受的范围内。

为此，本文在宁夏电网主网架的基础上，结合该区域新能源场站的分布情况，利用电力系统分析综合程序（Power System Analysis Software Package，PSASP）构建了新

能源场站的仿真模型。

对于风机和光伏电机，采用“倍乘”的等值方法，将同一场站的同一型号的风机或光伏逆变单元等效为1台单机［4］，使每个新能源场站等效为几台单机模型表述。1号风电场的风机有2种型号，将相同型号的风机等效为1台，整个风电场用2台双馈风机模型描述。类似地，将2号、4号风电场各用1台双馈风机模型表示。对于3号风电场，由于采用了永磁直驱式全功率风机，风电场用1台直驱风机模型描述。光伏电站逆变器型号相同，用1台光伏电机模型等值。

与此同时，为配合发电机的等效模型，对连接发电机与集电线的箱式变压器和组合变压器，也做类似等效处理，将每个场站的多台并联的变压器等值为几台表述。

在试验中，希望当某一地点发生故障时，该区域的4个风电场和1个光伏电站端的电气量均能达到考核要求。为此，综合考虑各个场站之间的线路距离和变压器配置情况，故障点宜设置在汇集变电站的110 kV母线到某个场站的出线上。

3.1 单瞬故障

汇集站出线有汇集A线、汇集B线2条110 kV线路。在汇集A线、汇集B线上分别设置单相短路故障，通过暂态稳定计算［5-6］得知，当故障发生在汇集B线上时，汇集站的电压跌落情况比故障发生在汇集A线上严重。因而，故障发生在汇集B线上时引起的电网波动较大，为减小试验对主网的影响，应将故障设置在汇集A线上。

为此，分别在汇集A线距汇集站2 km、3 km、5 km处设置单相瞬时短路故障，并

分析故障发生时，各场站出线处的电压跌落情况是否符合低电压穿越条件。设置故障如下：1 s时故障点发生单相短路，1.06 s时线路开断，随后故障清除，线路在2.56 s时重合。

通过暂态稳定仿真计算，故障位于以上3个位置时，各场站电压跌落至最低点的值如表1、表2、表3所示。

通过对比可知，故障点距离汇集站越近，1、2、3号风电场的电压越低，而4号风电场和光伏电站的电压变化趋势则相反，但均满足低电压穿越试验条件。由于1号风电场出线电压跌落情况较轻，而仿真计算结果要比实际工况下故障所导致的电压跌落严重，同时考虑到故障点不宜距离母线太近，宜选择距离汇集站较近的2 km处设置故障。

为进一步分析各新能源场站在故障发生时刻的电压变化情况，以故障设置在距汇集站2 km处为例，绘制各场站电压变化曲线，如图3所示。

由图3可知，当故障发生时，1号风电场机端电压跌至约0.805 p.u.；2号、3号风电场机端电压跌落幅度相近，分别约为0.367 p.u.和0.381 p.u.；而4号风电场和光伏电站均跌至0.3以下，约为0.289 p.u.和0.270 p.u。因此，在这种故障下，各场站均能进入低电压穿越状态且应能够不脱网运行。

3.2 单永故障

由于并网型号的风机已通过型式试验，结合电网的运行特点，可以考虑对风机的二次穿越能力进行检验。为此，本文在汇集A线距汇集站2 km处设置单相永久短路故障，通过仿真分析验证所设故障能否为风机二次低电压穿越试验创造条件。故障设置如下：1 s

时故障点发生单相短路，1.06 s时线路开断，2.56 s时线路重合，由于故障依然存在，重合不成功，2.62 s时线路再次开断。

图4描述了单相永久故障下各场站的电压变化情况。

通过与图3对比可知，当线路发生单永故障时，机端电压将发生两次跌落。首次电压跌落的情况与单瞬故障下类似。第二次电压跌落的幅度比首次电压跌落略大，但各场站出线电压的最低点依然在0.2 p.u.以上，处于风机能够不脱网运行的低电压穿越范围内。因此，通过在汇集A线上设置单相永久短路故障，可以为新能源场站低电压二次穿越试验提供条件。

通过仿真计算，在单瞬故障下，电压跌落最低的场站为光伏电站，约为0.270 p.u.，4号风电场电压跌至0.289 p.u.；1号风电场机端电压跌落最少，约为0.805 p.u.，各机组都能进入低电压穿越状态。发生单永故障时，机端电压2次跌落幅度与单瞬故障情况下相近，各机组可连续2次进入低电压穿越状态。

（1）在新能源并网汇集站的汇集母线侧出线进行短路试验，可全面考核该区域新能源场站的涉网性能。

（2）单相瞬时故障，可考核新能源场站的低电压穿越能力，单相永久性故障可考核新能源场站的二次低电压穿越能力。

（3）本文的仿真分析方法可验证新能源场站扰动试验方案的有效性。

（1）通过对2015—2017年目标网架的详细计算分析可以看出，宁夏电网330/220 kV电磁环网在750 kV沙湖变电站投运后具备解环条件，可断开大坝电厂2台联络变压器和330 kV徐—临双回线路；宁夏电网750/220 kV电磁环网不具备解环条件；宁夏电网750/330 kV电磁环网在银川东330 kV系统增加有力电源支撑的前提下不具备解环条件。

（2）甘宁断面750/330 kV电磁环网在750 kV六盘山变电站单主变压器运行方式下不具备完全解环条件，只能采取半解环方式以降低短路电流，即断开330 kV安—白双回线路和迎—石线，保留330 kV固—靖线和固—西线。

［1］王梅义，吴竞昌，蒙定中.大电网系统技术［M］.北京：中国电力出版社，2001.

［2］西北电网有限公司.西北电网电磁环网研究［R］.北京：中国电力科学研究院，2009.

［3］DL 755-2001，电力系统安全稳定导则［S］.

［4］袁娟，刘文颖，董明齐.西北电网短路电流的限制措施［J］.电网技术，2007，31（10）：40-43.

［5］周莉梅，范明天，张祖平.合肥城市电网电磁环网解环分析［J］.电网技术，2008，32（20）：73-76.

【相关文献】

［1］高峰，张爽，张军.输配电网全景仿真实验平台的开发与应用［J］.宁夏电力，2013，6：1-5.

［2］操瑞发，朱武，涂祥存，等.双馈式风力发电系统低电压穿越技术分析［J］.电网技术，2009，33（9）：72-77.

［3］崔洪远，岳亮，高亮.风力发电机组并网运行短路故障仿真分析［J］.上海电力学院学报，2011，27（5）：482-484.

［4］杨雪红.宁夏嘉泽风电场低电压穿越特性仿真分析［J］.宁夏电力，2014，3：20-26.

［5］李光琦.电力系统暂态分析［M］.3版.北京：中国电力出版社，2006.

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