串补提升新能源大规模汇集远...送的静态电压稳定极限的研究_王新浩.pdf

ISSN 1008-9446CN13-1265/TE承 德 石 油 高 等 专 科 学 校 学 报Journal of Chengde Petroleum College第 25 卷第 1 期，2023 年 2 月Vol 25，No 1，Feb 2023串补提升新能源大规模汇集远距离输送的静态电压稳定极限的研究王新浩，袁绍军，刘振宇，周迎伟，尹兆磊，杨慢慢(国网冀北承德供电公司，河北承德067000)摘要:新能源大规模汇集远距离输送模式的静态电压稳定极限受到送出通道参数的影响，会限制新能源的发电和送出能力;在送出通道加入串补可以提升静态电压稳定极限，增强新能源发电和送出能力。对静态电压稳定极限主要影响因素的数学模型进行推导和分析，搭建仿真模型，改变串补的补偿比例和网架规模，分析静态电压稳定极限和有功出力同时率的变化规律，得出的结果和理论分析相符，并且对新能源的发展规划具有一定指导意义。关键词:串补;静态电压稳定极限;新能源;大规模汇集;远距离输送中图分类号:TM712文献标志码:A文章编号:1008-9446(2023)01-0045-06Series Compensation to Promote Static Voltage Stability Limit ofenewable Energy in Large Scale Convergenceand Long Distance TransmissionWANG Xin-hao，YUAN Shao-jun，LIU Zhen-yu，ZHOU Ying-wei，YIN Zhao-lei，YANG Man-man(State Grid Jibei Chengde Electric Power Co.，Ltd.，Chengde 067000，Hebei，China)Abstract:The static voltage stability limit of renewable energy in large scale convergence and longdistance transmission is affected by transmission line parameters，which restricts generation andtransmission of renewable energy Putting series compensation in transmission lines can promote stat-ic voltage stability limit，and enhance generation and transmission This paper deduces and analyzesthe mathematical model of static voltage stability limit，and builds the simulation model By chan-ging the series compensation proportion and grid scale，static voltage stability limit and apparentpower simultaneous rate are analyzed The results correspond well with the theory，which has certainguiding significance for the development and planning of renewable energyKey words:series compensation;static voltage stability limit;renewable energy;large scale con-vergence;long distance transmission收稿日期:2021-12-09第一作者简介:王新浩(1989-)，辽宁省凌源人，硕士研究生，工程师，研究方向为电力系统运行方式管理和安全稳定计算分析研究，E-mail:981658135 qq com。在我国“碳达峰、碳中和”目标的要求下，建设以新能源为主体的新型电力系统成为能源电力行业的发展趋势，在可预见的未来，新能源装机规模将会呈现大幅度增长态势;由于受到地理条件、气候条件及各种自然资源条件的限制，新能源场站大多位于远离负荷中心的偏远地区，因而新能源大规模汇集远距离输送模式将会越来越普遍1-2，由此也带来诸多方面的问题3-14。文献 15 提出了串补可以改善新能源大规模汇集远距离输送模式的静态电压特性，但是并未进一步说明这种电压改善效果和提高输送有功功率能力的关系，本文将具体说明串补如何提升新能源大规模汇集远距离输送模式的静态电压稳定极限，进而提高输送有功功率的能力。DOI:10.13377/ki.jcpc.2023.01.014承德石油高等专科学校学报2023 年第 25 卷第 1 期1静态电压稳定极限1 1静态电压特性简化数学模型为了研究新能源大规模汇集远距离输送模式的静态电压特性和传输有功功率之间的关系，对一般输电线路的数学模型16 进行简化，只考虑电阻和电抗影响，不考虑电导和电纳影响，如图 1 所示。文献 15 指出，一般情况下，新能源大规模汇集远距离输送模式在有功功率较大时的无功潮流分布状态是:电场侧无功功率上送能力相对较弱，汇集线路会从电网侧吸收大量的无功功率，因而汇集线路两侧的电压降落公式16 为:U=U2 U1=P1 Q1XU1(1)其中:P1=P2 P(2)Q=Q1+Q2(3)P=3 P22+Q223U()22 =P22+Q22U()22(4)Q=3 P22+Q223U()22 X=P22+Q22U()22X(5)将(2)至(5)式带入(1)式得到:U=P2P22+Q22U()22()P22+Q22U2()dX Q()2XU1=P222+X2U()22+P2 Q222+X2U()22+Q2XU1(6)对于新能源大规模汇集远距离输送模式，假如暂时忽略 U1、U2变化，将 Q2看作是相对于 P2较小的定值，在(6)式中可以近似将电压降落 U 看作是 P2的一元二次函数，这一结论和文献 15 的结论虽然在形式上有差异，但是其本质却是一致的。1 2静态电压稳定极限根据 电力系统安全稳定导则17 要求，电压稳定分为静态电压稳定和暂态电压稳定，其中静态电压稳定是指电力系统受到小扰动后，系统所有母线保持稳定电压的能力。1)静态电压稳定判据公式:dQdV 0(7)其中:Q 为线路传输的无功功率;V 为发电机的端电压。2)静态电压稳定储备系数公式:KV=UZ UCUZ 100%(8)其中:UZ为母线正常电压;UC为母线临界电压。电力系统在正常运行方式下，按无功电压判据计算的静态稳定储备系数(KV)应满足 10%15%;在故障后和特殊运行方式下，KV不得低于 8%。3)进行静态电压稳定计算分析采用逐渐增加负荷方法求解电压失稳的临界点，从而估计当前运行点的电压稳定裕度。64王新浩，等:串补提升新能源大规模汇集远距离输送的静态电压稳定极限的研究dPdV=0(9)其中:P 为线路传输的有功功率。一般来说，无功功率对电压影响较大，式(7)正是从这一角度出发作为判据;电压作为最终控制目标，为了避免发生电压崩溃现象，对其提出留有一定裕度的要求，如式(8)所示;但是在实际电网中，一方面，从式(5)可知，有功功率对无功功率有着一定的影响，另一方面，从式(6)可知，有功功率对电压也有着一定的影响，电压是一个被动控制结果，因此可以从有功功率的角度对静态电压稳定进行研究，如式(9)所示。综合式(5)式(9)，新能源大规模汇集远距离输送模式的静态电压稳定是指，在输送有功功率时，系统所有母线均能够保持电压稳定，不发生电压崩溃现象，并且具备符合要求的储备系数;为衡量电压稳定裕度，在新能源场站动态无功补偿出力不变情况下，有功功率逐渐增加致使电压失稳，用失稳临界有功功率和初始值的关系来估计当前运行点的电压稳定裕度，相差越大，电压稳定裕度越大，反之越小;用避免电压崩溃的有功功率瞬时波动最大比例来衡量电压稳定裕度，因此新能源大规模汇集远距离输送模式的静态电压稳定极限就是指网架结构在刚好满足电压稳定裕度要求下的最大有功功率。1 3串补提升静态电压稳定极限分析在新能源大规模汇集远距离输送模式下，假定当有功功率发生变化，无功功率不变，电场侧电压发生变化，电网侧电压不变，即 P2和 U2分别变为 P2+P 和 U2 U，其余不变，电压降落变为:U=(P2+P)22+X2(U2 U)()2+(P2+P)Q222+X2(U2 U)()2+Q2XU1(10)将(10)式减去(6)式得到电压降落的变化量为:U U (P2+P)22+X2(U2 U)()2+(P2+P)U1 P222+X2U()22+P2U1(2P2P+P2)2+X2(U2)()2+PU1(2P2P)2+X2(U2)()2+PU1=(2P2)2+X2(U2)()2U1P(11)虽然式(11)在推导电压降落变化量的过程中经过了相应的近似和简化，但是对结果影响不大;从最终结果中可以看出，在新能源大规模汇集远距离输送模式下，电场侧随着上送有功功率瞬时波动而导致的电压降落变化量 U U 主要受到有功功率 P2、有功功率瞬时波动 P、电压 U1和 U2、输电线路电阻 和电抗 X 影响;当在送出通道中加入串补时，即送出通道总的电抗 X 变小时，可以减小电场侧随着上送有功功率瞬时波动而导致的电压降落变化量，提高电压稳定裕度，避免发生电压崩溃现象，增大有功功率允许变化范围和最大波动幅度，提升网架结构的静态电压稳定极限，可以让送出通道传输更大的有功功率。2仿真算例使用 PSD-BPA 软件进行仿真计算，在大电网的枢纽站旁搭建新能源大规模汇集远距离输送模型，如图 2 所示，在常规线路模型的基础上加入串补，分别调节补偿比例为 10%、20%、30%、40%、50%;按照一般经验将每个新能源场站的装机容量固定，为100 MW 至300 MW，逐步增加新能源场站接入规模，并且采用多种形式的汇集接入方式;将有功功率瞬时波动值取为运行机组总出力的 10%，进行静态电压稳定极限的计算。对于在某个补偿比例和某个网架结构下计算出的静态电压稳定极限再次进行说明:当有功功率瞬时波动 10%时，正好发生电压崩溃现象，即计算开始不收敛，以此作为临界点;当有功功率小于临界点74承德石油高等专科学校学报2023 年第 25 卷第 1 期时，允许瞬时波动大于 10%，满足电压稳定裕度要求;当有功功率大于临界点时，允许瞬时波动小于10%，不满足电压稳定裕度要求;临界点就是在这个补偿比例和这个网架结构下计算出的静态电压稳定极限，决定了网架结构送出能力的上限，超出部分如果不能就地消纳，就只能舍弃，出现弃风、弃光现象。仿真计算结果表明，图 2 中所示三种汇集接入方式的静态电压稳定极限随补偿比例和接入规模的变化趋势比较一致，下面以第二种两串式汇集接入方式的仿真计算结果展开分析。2 1串补提升静态电压稳定极限两串式汇集接入方式的静态电压稳定极限随补偿比例和接入规模变化的仿真计算结果如表 1所示。表 1静态电压稳定极限随补偿比例和接入规模变化MW接入规模装机容量未加入串补串补 10%串补 20%串补 30%串补 40%串补 50%三站900837 2879 2928 2980 21 038 71 101 6四站1 200978 81 027 91 085 21 145 91 214 41 287 9五站1 5001 069 51 123 11 185 71 252 11 326 91 407 2六站1 8001 111 51 167 31 232 31 301 31 379 01 462 5七站2 1001158 41 216 51 284 31 356 21 437 21 524 2八站2 4001 182