分布式调相机对大规模新能源汇集的支撑作用探讨-上海交通大学

上海交通大学mzsUTUnL分布式调相机对大规模新能源汇集的支撑作用探讨王西田副教授上海交通大学饮水思源。爱国荣校背景介绍·近几年我们团队参与承担了几项调相机和新能源汇集相关的研究：上海电气电站集团发电机厂委托课题《分布式调相机对新能源为主体的新型电力系统支撑作用的研究》和《双轴励磁调相机励磁系统控制策略研究》，国家电网有限公司总部科技项目《大型新能源基地交流汇集工程设计关键技术研究》。首先感谢上海发电机厂和国网等单位对我们高校研究团队的支持！中国电机工程学会电机专委会及其调相机学组组织的全国性、多行业、跨专业学术交流活动，引导和推动了我们团队的相关研究。特别感谢专委会提供了本次汇报交流机会！本次汇报交流的一些内容仅是个人观点，不当之处在所难免，敬请批评指正！报告提纲大规模新能源并网系统网机关系的特点CONＴEN目分布式调相机的涉网特性分析录分布式调相机对新能源汇集的支撑作用一、大规模新能源并网系统网机关系的特点800000“非拍爱保双碳目标与新型电力系统700000|600000>2020年9月，习近平主席在75届联大讲话中宣布：中国500000■生物质及其他将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于400000■大阳能发电300000■风电2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。200000>2020年12月，习近平主席在气候雄心峰会讲话中进10000*水电■气电步宣布：到2030年中国非化石能源占一次能源消费比■电重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达我国整体电源发展展望（数据来源：国网能源院&中电联）到12亿千瓦以上。年份2020年2030年2060年>2021年3月，中央财经委员会第九次会议：要把碳达峰总装机（亿千瓦）2236~4178~82碳中和纳入生态文明整体建设布局，倡导简约适度、绿色低碳生活方式，构建以新能源为主体的新型电力系统。煤电装机占比（%）49.131~364常规机组装机占比（%）76约59约23总结：双碳目标与新型电力系统已上升为国家战略非化石能源装机占比（%）44.852~5968~88非化石能源电量占比（%）33.939~4586~87一、大规模新能源并网系统网机关系的特点大规模新能源并网系统中的网机关系>新型电力系统的两个典型特征：直流输电◆高比例可再生能源→高比例电力电子装备电交通电力》“双高"电力系统具有低惯量变流器电源低抗扰、弱支撑特性，故障影工业用电响不确定更强，对电网冲击更大，极易引发连锁反应与系统稳定破坏风险。周步电池交流输电居民用电总结：新能源发电与大电网之间的相互作用加强，系统同步机制发生重大变化一、大规模新能源并网系统网机关系的特点大规模新能源并网系统网机关系问题的案例>新能源场站故障特性将影响系统安全序号时间事故√澳大利亚极端天气下的连续故障穿越星风雨造成66kVNorthfield至16:16:46●2016年9月28日，新能源发电占比高达50%Harrow线路故障的南澳大利亚，极端天气（台风暴雨）引起电16:17:33275kVBrinkworth至TemlersWest两相接地，1条275kV线路退出压跌落导致大量风机脱网。6次电压跌落期16:17:59275kVDavenport至Belalie线路单间累计脱网约505MW，16:18:15第6次电网相接地，1s后重合闸成功。跌落时约445MW风机脱网。16:18:08275kVDavenport至Belalie线路单相接地，重合失败，2条线路退出。联络线最大容量600MW，线路故障前潮流16:18:13275kVDavenport至MtLock线路有525MW，风机脱网后潮流瞬间增大至单相接地900MW，联络线跳开，系统崩溃，南澳大275kVDavenport至MtLock线路利亚州大停电(50h)。616:18:14单相接地后重合闸失败,第5、6次故障共造成3条275kV线路退出运行。一、大规模新能源并网系统网机关系的特点大规模新能源并网系统网机关系问题的案例内蒙>高比例新能源发电会引起次超同步振荡活源变电站0 %/华北沽源风电与串补输电参与的次同步振荡汗海太平2012年，沽源地区风电场装机容量增大，此后年内发生次同步振荡事件58次。aisTa北京某次同步振荡事件中活源变电站220kV侧的有功功率录波如右下图。事件大致分为三个阶段：（1）300振荡发生出现次同步振荡且幅度迅速增加：（2)保护检测到250200风电机组脱网振荡发生，数百台双馈风力发电机在30s内跳闸串补退出运行风力发电机组数量的减小增大次同步振荡频率正00阻尼，振荡逐渐收敛，但振荡仍然存在；(3)其中一个串联电容器停止工作，振荡消失。14:12:00.014:12:30.014:13:00.Time (hlhcmmcss)14:14:00.(14:14:30.0一、大规模新能源并网系统网机关系的特点大规模新能源并网系统网机关系问题的案例>高比例新能源发电会引起次超同步振荡√新疆哈密风电与火电参与的次同步振荡Windfarm2015年7月1日，哈密的风电场群（以全功率变流型风机为主)与当地弱交流电网产生相互作用，全功率变流的控制特性影响了相互作用的机制。通过PMU录波数据进行事故后分析，看到次同步频率200km的振荡功率的路径存在于风电场群与火电厂之间。5substation功率振荡的频率与临近火电机组大轴的自然振荡Rectifier频率(30.7Hz)匹配，引起轴系的扭转振荡，触发trippedPlantT-GsHVDC扭振保护动作，导致远在200km之外花园电厂3Link台660MW火电机组跳机。一、大规模新能源并网系统网机关系的特点大规模新能源并网系统网机关系问题的案例>高比例新能源发电会引起次超同步振荡新疆哈密风电与火电参与的次同步振荡2015年7月1日，哈密的风电场群（以全功率变流型风机为主)与当地弱交流电网产生相互作用，全功率变流的控制特性影响了相互作用的机制。通过PMU录波数据进行事故后分析，看到次同步频率的振荡功率的路径存在于风电场群与火电厂之间，功率振荡的频率与临近火电机组大轴的自然振荡频率(30.7H)匹配，引起轴系的扭转振荡，触发扭振保护动作，导致远在200km之外花园电厂3台660MW火电机组跳机。一、大规模新能源并网系统网机关系的特点大规模新能源并网系统网机关系问题的案例50.2电网故聘动险>风电并网特性不足导致的电网大停电事故50F首次可开至50H2494549.8√英国海上风电场脱网事故350MWRoCoF系统功率缺额1878MWDG掉线●2019年8月9号，由于雷击引起的霍恩海系统惯量保守150GVA·S49.4df/dt =0.0125Hz/s上风电以及一座天然气发电厂脱网，最49.2200MW终造成包括伦敦在内的大半个英国地区RoCof4920s线路合间DG掉线陷入瘫痪，超过100万人无电可用的严重一次频响用厚78秒后到达第次低点48.8Hz自动低频调值8848.8Hz电力事故。16:5216:5416:5616:5817:0017:0217:0417:06·由于遭受雷击以及雷击引起主网线路停运，海上风电场接入的电网变薄弱，故障过程中观察到了短时