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2 大规模光伏接入对系统特性的影响 2.1 对有功频率特性的影响 光伏发电具有以下特性:1)外出力的随机波动性;2)电源是无旋转的静止元件,通过换流器并网,无转动惯量;3)低电压穿越期间不同的有功/无功动态特性;4)考虑电力电子等设备元件的安全,电源抗扰动和过负荷能力相对较差,易发生脱网;5)通过逆变器并网,具备四象限控制及有功/无功解耦控制的能力。光伏系统的这些特性,使得大规模光伏接入后系统的稳态/暂态特性发生变化,进而影响到系统的运行与规划 [14-20] 。 光伏电力大幅、频繁的随机波动性对系统有功平衡造成了冲击,进而影响到系统的一次、二次调频以及有功经济调度等运行特性,频率质量越限等风险加大[21];系统备用优化策略等将因光伏接入而发生变化[22],对与常规机组等其它多类型电源的有功频率协调控制以及调频参数整定等也提出了适应性需求;同时,由于光伏电源是非旋转的静止元件,随着接入规模的增大并替换常规电源,系统等效转动惯量降低,恶化了系统应对功率缺额和功率波动的能力,极端工况甚至会发生频率急剧变化,频率跌落速率及深度可能触发低频减载、高频切机等安控、保护动作的严重运行问题[19]。 2.2 对无功电压特性的影响 大规模光伏集中接入更多是在戈壁、荒漠地区,当地负荷水平较低,接入的地区电网短路容量相对较小,大量光伏电力需通过高压输电网远距离外送,随机波动的有功出力穿越近区电网以及长输电通道,影响到电网无功平衡特性,进而造成沿途的母线电压大幅波动。同时,目前实际并网运行的光伏电源无功电压支撑能力较弱,发生电压质量越限甚至电压失稳的风险加大[13-14];对于规模化光伏分散接入配电网而言,光伏接入改变了电网既有的辐射状网架结构,单电源结构变成了双电源或多电源,电网潮流分布大小、方向等复杂多变,潮流变得更加难控,进而影响到配电网的电压质量,影响程度与光伏接入位置、接入规模以及出力等关系较大[18,23-24]。 2.3 对功角稳定性的影响 光伏电源是静止元件,本身不参与功角振荡,不存在功角稳定问题,但由于其随机波动以及无转动惯量等特性,大规模光伏接入后改变了电网原有潮流分布、通道传输功率,减小了系统的等效惯量;同时,计及故障穿越期间光伏具有与常规机组不同的动态支撑性能[25],因此光伏接入后电网功角稳定性会发生变化,变化情况取决于电网拓扑结构、电网运行方式及所采用的光伏电源控制技术、光伏并网位置及规模。光伏接入既有可能改善、也可能恶化电网的功角稳定性[13,15,26-27],这必须结合具体场景通过仿真分析才能确定。光伏并网还可能因故障穿越能力不足引发脱网,尤其是集中化、规模化后,脱网给系统稳定性带来的冲击将更加强烈,应结合实际并网情况,评估大规模光伏的脱网风险。我国第一个百万千瓦级青海光伏基地的集中接入改变了通道潮流分布的均匀性,且光伏电源表现出弱动态支撑性,综合两者影响,通道的传输极限降低,通过切除光伏电源以及光伏电站配置动态无功补偿,可提升安全性。 振荡型失稳是功角失稳的一种。波动的光伏出力改变了系统运行点,同时并网逆变器与常规机组相比具有不同的控制策略,这些都会改变系统的阻尼,不但对系统原有的机电振荡模式产生影响,也会带来新频段范围的振荡[28-29]。但一般而言,光伏接入对原振荡稳定的影响也是依接入位置、穿透率大小等情况而定[26]。文[15]发现主动孤岛检测对系统振荡特性有负面影响;文[30]提出光伏发电系统分散性地渗透入网比集中在某处并网更有利于系统的振荡稳定。如充分利用逆变器的灵活控制功能,可提升系统阻尼。文[31]基于光伏发电系统能够独立控制其注入电网有功、无功特点,提出了利用光伏发电系统来抑制电网功率振荡的方法,设计了有功、无功的附加控制策略。 2.4 对小扰动稳定性的影响 光伏电池虽不存在机械与电磁量不平衡的动力学稳定问题,但也存在电气运行不稳定问题,进而当大规模光伏并网后也会影响到电网的稳定性 [32] 。文献[33]对于特定的光伏功率注入,利用小扰 动法分析了理论上存在的两个运行点中的一个是不稳定的,指出不稳定现象更多出现在接近最大功率运行点的高出力水平;文献[6]基于动态等效阻抗适配概念来剖析光伏电气运行不稳定点的机理。故障期间的不平衡功率只能由光伏电站的直流侧电容吸收,由于电容的储能作用很小,因此不平衡功率直接导致直流侧电压迅速上升,给电源可靠运行带来影响。文献[34]建立了含光伏电池、逆变器等小信号数学模型,利用特征值法分析了系统遭受小干扰后的稳定性,仿真验证了光照扰动后的稳定性。
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