适用于新能源场站的新型备自投研究

作     者：王洪炳 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：郑涛

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：备自投 新能源 并网策略 交流耗能装置 供电可靠性 

摘      要：在能源危机与环境污染的影响下,电力系统逐渐低碳化将是未来我国能源发展的重点方向。由此电力系统将逐渐呈现出高比例可再生能源与高比例电力电子设备的“双高特性。从稳定性方面来说,“双高特性会对系统的动力学特性,乃至系统本身发生本质变化。与过去传统的同步发电机为主的电力系统不同,“双高电力系统具有更加复杂的动力学特性。例如新能源出力的随机性、采用电力电子接口所带来低惯性、电力电子设备短路时的低短路电流等都会严重影响电力系统运行的稳定性以及供电的可靠性。为提高系统供电可靠性,系统中往往会装设备用电源自动投入装置(简称备自投),其作用是当主供电源失效时,自动投入备用电源以保证负荷的持续供电。备自投动作一般要满足主供电源进线母线无压条件,然而由于新能源本身具备的低电压穿越控制一直对母线电压起支撑作用,这就导致备自投母线无压动作条件不满足,备自投无法正常工作恢复系统供电。而现有备自投方案采取先切除新能源使备自投方案中母线无压动作条件满足,再通过备自投投入备用电源。该方法虽然有效,但是解列新能源耗时较长,从而导致大量负荷损失;此外新能源机组再次并网难度较大。因此本文主要的研究目标是如何在不解列新能源的前提下解决备自投装置无法动作的问题。本文首先简单介绍了备自投装置动作原则、备自投装置的基本结构以及备自投的不同分类,分析认为新能源“低穿特性使得备自投动作条件并不满足,指出现有备自投装置都需要切除新能源的现状,并提出了要实现不切除新能源下,备自投装置所面临的三大难题。其次围绕这三大难题,重点介绍故障切除后,孤岛内部尤其是孤岛并网点处电气量的变化,指出了孤岛内部功率不平衡是电气量变化的主要原因,为限制合闸冲击电流打下理论基础。同时根据分闸前风机输出功率与负荷功率的相对关系将孤岛划分为“源大于荷与“源小于荷场景,为新型备自投方案提出做铺垫。最后重点介绍了新型备自投方案的动作原理以及动作逻辑。同时为验证新方案的有效性,本文将孤岛内部负荷分别采用纯阻性、纯感性、纯容性以及感应电动机类型负荷进行仿真验证,仿真验证表明了该方案的实用性。此外本文也采用新英格兰10机39节点系统进行仿真,从系统层面表明了该方案的有效性。