新能源并网对电力系统稳定性的影响及控制策略研究

引言

随着全球能源危机的加剧和环境保护意识的提升，新能源发电技术如风能、太阳能等得到了迅猛发展，大规模新能源并网已成为电力系统发展的重要方向。新能源的开发与利用不仅能够减少对传统化石能源的依赖，降低污染物排放，还能促进能源结构的优化升级。因此，深入研究新能源并网对电力系统稳定性的影响，并制定有效的控制策略，对于保障电力系统的安全稳定运行，推动新能源的可持续发展具有重要意义。

1 新能源并网对电力系统稳定性的影响

新能源并网对电力系统稳定性的影响是多方面的，主要体现在对电压稳定性、频率稳定性和暂态稳定性的影响上。在电压稳定性方面，新能源发电设备如风力发电机、光伏逆变器等通常通过电力电子变换器接入电网，这些电力电子设备的动态特性与传统同步发电机存在较大差异，其输出功率的波动会导致电网电压的波动。当新能源渗透率较高时，这种电压波动可能会超出系统的调节能力，从而影响系统的电压稳定性。同时，新能源发电站的选址往往远离负荷中心，需要通过长距离输电线路将电能输送至负荷中心，长距离输电线路的容性和感性无功会对系统的电压分布产生影响，进一步加剧电压稳定性问题。在频率稳定性方面，传统同步发电机具有较大的转动惯量，能够在系统有功功率失衡时，通过释放或吸收惯量来维持系统频率的稳定。而新能源发电设备通过电力电子变换器接入电网，其转动惯量较小，对系统频率的支撑能力较弱。当新能源渗透率较高时，系统的总转动惯量会大幅降低，导致系统在受到有功功率扰动时，频率的变化速度加快，频率偏差增大，严重时可能会引发频率崩溃。

2 新能源并网的控制策略

2.1 电压控制策略

为了维持新能源并网后电力系统的电压稳定，需要采取有效的电压控制策略。一方面，可以通过优化新能源发电设备的控制策略来实现电压调节。例如，对于光伏逆变器和风力发电机的变流器，可以采用电压 - 无功控制模式，根据电网电压的变化实时调节输出的无功功率，以维持电网电压的稳定。同时，还可以引入先进的控制算法，如模型预测控制、自适应控制等，提高电压调节的精度和响应速度。另一方面，可以通过配置无功补偿设备来改善系统的电压特性。常见的无功补偿设备包括静止无功发生器（SVG）、静止无功补偿器（SVC）等，这些设备能够快速响应电网电压的变化，提供或吸收无功功率，从而平抑电压波动，提高系统的电压稳定性。

2.2 频率控制策略

针对新能源并网对系统频率稳定性的影响，需要制定相应的频率控制策略。一是增强新能源发电设备的惯量支撑能力。通过控制算法的改进，使新能源发电设备能够模拟同步发电机的惯量特性，即虚拟惯量控制。虚拟惯量控制可以使新能源发电设备在系统频率变化时，通过调整输出功率来提供惯量支撑，减缓频率的变化速度，抑制频率偏差的增大。二是优化系统的有功功率调度。建立基于预测的有功功率调度模型，根据新能源发电的预测数据和负荷需求，合理安排传统发电机组和新能源发电设备的出力，减少有功功率的不平衡。

2.3 暂态稳定控制策略

为提高新能源并网后电力系统的暂态稳定性，需要采取有效的暂态稳定控制策略。首先，优化新能源发电设备的故障穿越能力。通过改进电力电子变换器的拓扑结构和控制策略，提高新能源发电设备在电网故障时的低电压穿越（LVRT）和高电压穿越（HVRT）能力，使其在故障期间能够保持并网运行，减少有功功率的突然波动。其次，采用快速响应的控制手段。例如，利用电力电子变换器的快速调节能力，在故障发生后迅速调整新能源发电设备的输出功率，抑制系统的暂态振荡。同时，结合柔性交流输电系统（FACTS）等设备，如晶闸管控制串联补偿器（TCSC）、静止同步补偿器（STATCOM）等，提高系统的暂态稳定裕度。

3 提升新能源并网下电力系统稳定性的辅助措施

3.1 加强新能源发电预测与调度

提高新能源发电预测的准确性是减少其波动性对电力系统影响的关键。可以采用多种预测方法相结合的方式，如基于气象数据的物理预测方法、基于历史数据的统计预测方法以及人工智能预测方法等，提高短期和超短期新能源发电预测的精度。同时，建立完善的新能源发电调度机制，将新能源发电纳入统一的电力系统调度体系，实现新能源发电与传统发电、负荷需求的协调优化。通过制定合理的调度计划，充分利用新能源发电资源，减少弃风、弃光现象，提高系统的经济性和稳定性。

3.2 优化电网结构与升级改造

合理的电网结构是保障新能源并网后电力系统稳定运行的基础。需要加强电网的规划与建设，构建坚强的输电网络，提高电网的输电能力和互联水平，实现新能源电力的高效消纳和跨区域调配。对于新能源富集地区，应加快建设特高压输电线路，将多余的新能源电力输送至负荷中心，减少本地消纳压力。同时，对现有电网进行升级改造，提高电网的智能化水平，增强电网的监控、保护和自愈能力。通过安装先进的传感器、智能终端设备和通信系统，实现对电网运行状态的实时监测和数据分析，及时发现和处理电网故障，提高电网的安全稳定运行水平。

3.3 完善相关标准与政策支持

完善的标准体系和政策支持是推动新能源并网技术发展和保障电力系统稳定运行的重要保障。需要制定和完善新能源并网的技术标准，明确新能源发电设备的并网性能要求、测试方法和运行规范，确保新能源发电设备能够安全、稳定地接入电网。同时，建立健全新能源电力的市场机制，通过市场手段引导新能源的合理开发和利用，促进新能源与传统能源的公平竞争。例如，完善新能源上网电价政策、推行电力市场交易机制等，提高新能源发电的经济性和竞争力。此外，加大对新能源并网技术研发的投入，支持新能源发电控制技术、储能技术、智能电网技术等的创新与应用，为提高电力系统稳定性提供技术支撑。

4 结语

新能源并网是电力系统发展的必然趋势，但其对电力系统稳定性带来的影响不容忽视。本文从电压稳定性、频率稳定性和暂态稳定性三个方面分析了新能源并网对电力系统稳定性的影响，并针对性地提出了相应的控制策略，包括电压控制策略、频率控制策略和暂态稳定控制策略，同时还探讨了提升系统稳定性的辅助措施，如加强新能源发电预测与调度、优化电网结构与升级改造、完善相关标准与政策支持等。通过采取这些措施，能够有效缓解新能源并网对电力系统稳定性的不利影响，保障电力系统的安全稳定运行。然而，随着新能源渗透率的不断提高，电力系统将面临更加复杂的运行环境和挑战，未来还需要进一步深入研究新能源并网的动态特性和控制方法，不断创新技术和优化策略，以适应新能源大规模并网的发展需求，推动电力系统向更加清洁、高效、稳定的方向发展。

参考文献

[1] 王铭. 风光储接入对电力系统稳定性的影响分析[D]. 太原理工大学,2016.

[2] 杜雄 . 新型电力系统下新能源并网系统的振荡稳定性研究 [J]. 电力工程技术 , 2022(004):041.

[3] 黄炳祥. 高比例新能源并网对电力系统运行控制影响及对策研究综述[J].信息系统工程 , 2018(1):3.