康谋

【摘  要】科技的进步，促进新能源工程建设事业得到快速发展。新能源机组接入电网的行为大多通过电力电子变流器来完成，在电网和变流器产生交互作用时，有概率造成机组出现振荡或谐振的问题，致使机组出现新能源机组跳闸的现象，严重时还会造成机组设备的损坏。国内新能源并网系统在接入电网后存在振荡问题引发的主要问题为次同步振荡，需要工作人员从不同角度，共同努力才能使问题得以解决。本文就新能源并网系统引发的复杂振荡问题及其解决办法展开探讨。

【关键词】新能源并网系统;复杂振荡问题;解决办法

引言

随着风电和光伏等新能源发电系统渗透率的不断提高，电网呈现出弱电网甚至极弱电网特性，给新能源并网发电系统稳定和高效运行带来了严峻挑战。

1新能源并网系统中出现的复杂振荡

（1）新能源并网系统引发的复杂振荡特点。对近年来世界发生的新能源机组形态振荡稳定性问题分析可知，在新能源并网系统引发的振荡问题多为次同步振荡，现阶段我国新能源并网系统中存在的安全问题仍没有得到良好的解决，其依旧是我国新能源电力发展中重点关注问题，新能源并网系统振荡问题发生的主要诱因便是电网与多变流器间的交互作用。并网系统中多变流器产生的振荡频率较高，持续时间较长，振幅传播范围较大，振幅影响范围较广等特点。系统内电力电子变流器在运行阶段会很快引起相应设备的持续回应，且其振荡频率和传统机电的振荡频率相比频率更高，但是又比电网高次谐波频率低。由于电力电子变流器产生振荡的诱因较为复杂，受外界因素影响较大（电网参数、变流器聚合效应以及外部条件等），这些因素均会对变流器的稳定程度造成影响，降低变流器稳定性，进而造成并网系统发生振荡的问题，造成电厂运行阶段的安全隐患。（2）对新能源并网系统电路稳定性的判断。解决并网系统振荡问题的首要条件便是对系统振荡产生机理进行全方位了解，并将对并网系统的检查工作结果，作为判断系统电路稳定性的依据。在进行电路稳定性判断时，需要注意电压、电流以及锁相环对其产生的影响。判断过程简述如下：第一，检测人员应在系统运行阶段通过干扰分析的方法判断电路的稳定程度，并对变流器和电网两侧的频率响应特征进行检测，以此判断系统是否存在振荡事故发生的预兆，进而判断系统电路的稳定程度。第二，通过电路运行图分析系统内变流器与电网间的电流关系，并通过数据计算进行电路稳定程度的判定。此方法使用优点为计算结果通过函数计算得出，数据结果准确;判定过程中分析了电路和理论间关系，在得到并网系统振荡频率的响应后，进一步对系统电路稳定程度进行了验证。这种方法的特点为结果科学准确，适合在大型工程中使用，在机组系统较大且参数未知的条件下，也能得到较为准确的数据结果作为判断系统电路稳定程度的依据。

2解决新能源并网系统复杂振荡的对策

2.1PV有功附加阻尼控制

为提升发电效率，PV电站正常并网时均处于最大功率点跟踪模式。考虑到不削弱光伏电站有功输出能力，现有低频振荡抑制策略常选择无功分量作为控制对象。但根据相关国标规定，光伏逆变器必须能实现快速的无功支撑和电压调节，无功附加阻尼调制势必会在一定程度上影响光伏电站对瞬态过电压的响应能力，特别是在光伏并入弱送端系统时，将存在电压越限的风险。为避免此种情况的发生，该文选择PV有功附加阻尼控制策略来实现对低频振荡的抑制。PV仿真模型为两级式架构，光伏阵列出口后分别经DC-DC升压电路及DC-AC逆变回路并入电网。采用电流内环、直流电压中环及MPPT控制外环的闭环结构来保证光伏电站稳定运行。将最能直接体现低频振荡特性的同步发电机转子角速度偏差经LQR进行附加调制后，输出信号ΔUdamp作用到中环电压参考值Udc_ref处，再与实测直流电压相减后送入原PI回路，进而得到电流内环参考值Idref。

2.2建立次同步振荡监测控制系统

在进行新能源并网系统复杂振荡问题的解决工作时，传统针对振荡问题进行解决的方案是不可取且不科学的。由于在传统系统中，其信息采样率较低，无法及时获取系统的振动频率和振动幅度等相关信息，导致传统系统中没有办法接收到来自系统振荡问题的预警。所以，若想最大程度的解决新能源并网系统的复杂振荡问题，便需要从系统方面开展，对原有系统进行相应的升级和完善，并建立对整个系统的次同步振荡监测控制系统，这是十分重要的优化措施。次同步振荡监测控制系统是对本地系统的高精度电源管理单元进行采样，同时由技术人员通过信息技术的方式对采样数据进行远程传输以及长时间储存的工作，以此建立起对系统大范围的次/超同步振荡监測系统，通过这一系统来实时获取并网系统中出现的次/超同步波谱和波形等相关信息，达到并网系统在发生振荡问题前，可以根据振荡发生前兆对工作人员进行预警的操作，使工作人员可以在事故发生前进行科学合理的预防处理措施安排，降低振荡事故造成对企业正常运行造成的影响[1]。除此之外，在加强对系统监测工作的同时，建立并网系统的安全自动控制系统也是十分重要的。安全自动控制系统的主要工作便是对并网系统中各个关键节点的振荡信号进行在线的监测，当监测到并网系统的振荡幅度超过了设定标准且持续振荡时间达到一定标准时，安全自动控制系统便会进行相应的断开工作，即将并网系统内的运行机组进行分次的切除和断开，以此达到避免并网系统发生复杂振荡问题的目的。同时，安全自动控制系统的使用还可以对火电机组发生损坏脱网等现象进行有效的遏制，防止此类问题的发生。在并网系统中使用次同步振荡监测控制系统以及安全自动控制系统，在二者共同运行下，能帮助企业最大程度的减少并网系统中复杂振荡问题发生，对电力企业新能源方面的发展提供良好的环境。

2.3时域分析法的应用

时域分析法的实现途径大致可分为两类：以数学模型为基础的时域仿真和以物理元件等效为思路的实物、半实物仿真。基于构建的风电并网系统非线性数学模型，通过对非线性方程的连续求解，获得时域内风电并网系统变量的输出曲线，并基于波动曲线是否收敛或其他判定指标来判断弱连接下系统的稳定性。该方法大多基于特有的软件仿真环境，不受外部环境影响，具备流程化的操作规程，便于大多数科研学者进行分析结果的验证或工程事故的复现。但是，其存在的问题主要体现在三个方面：（1）时域仿真的结果在很大程度上依赖于数学模型的构建，模型构建中的差异性会影响到分析结果的准确性;（2）对于电力电子拓扑级的风电系统或大型风电并网系统，时域仿真所需求解的数值维度激增，进而导致计算效率低;（3）该方法难以用于稳定性机理的分析，只能用于对特定算例的稳定性判别，分析结果的通用性差。因此，常用作结论验证。

结语

综上所述，研究人员应对已经发生的振荡事故进行仔细分析，积极反思事故诱因，并针对事故发生原因提出针对性的解决办法。同时，国家也应加大对新能源并网系统安全性能的重视程度，增加其研究资源，通过对振荡事故进行理论和技术两方面的研究，达到避免发生新能源并网系统振荡事故的目的。

参考文献：

[1]武倩羽，周莹坤，李晨阳，等.新能源同步机并网系统惯性特性的理论和实验研究[J].大电机技术，2019（06）：41-46

[2]黄星宇，罗萍萍，龚锦霞，等.新能源并网系统次同步谐波相量检测方法[J].电力系统保护与控制，2020，48（13）：38-44.

[3]王建学，李清涛，王秀丽，等.大规模新能源并网系统电源规划方法[J].中国电机工程学报，2020，40（10）：3114-3124.