220 kV光伏电站SVG高频振荡仿真分析.pdf
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1、3第 52 卷2024 年 1 月Vol.52 No.1Feb.2024云南电力技术YUNNAN ELECTRIC POWER220 kV光伏电站SVG高频振荡仿真分析张明强1,何廷一1,曾丕江2,何鑫1,马红升1,彭俊臻1,余多1(1.云南电网有限责任公司电力科学研究院,云南 昆明 650127;2.云南电力调度控制中心,云南 昆明 650011)摘要:本文主要介绍了220 kV光伏电站SVG高频振荡引发电压波动的故障案例。首先,通过分析现场故障录波,初步确定故障原因为SVG与系统振荡;其次,基于RTlab仿真平台搭建了光伏电站全站和附近局部电网的电磁暂态模型并开展故障复现,仿真复现结果与故
2、障录波基本一致;最后,提出了“消除SVG高频段负阻尼”的振荡抑制措施,并通过仿真验证其有效性。本文的新能源场站SVG高频振荡分析可为今后类似故障的防范和处理提供经验与参考。关键词:SVG;高频振荡;负阻尼;RTlab仿真Simulation Analysis of SVG High-Frequency Oscillation in 220 kV Photovoltaic Power StationZhang Mingqiang1,He Tingyi1,Zeng Pijiang2,He Xin1,Ma Hongsheng1,Peng Junzhen1,Yu Duo1(1.Electric Pow
3、er Institute of Yunnan Power Grid Co.,Ltd,Kunming,Yunnan,650217,China;2.Yunnan Electrical Power Dispatching and Control Center,Kunming,Yunnan,650011,China)Abstract:ThispapermainlyintroducesthefaultcaseofvoltagefluctuationcausedbySVGhigh-frequencyoscillationin220kVPVpower station.First of all,the osc
4、illation of SVG and power system account for this fault preliminarily by Analysising the on-site fault recordings.secondly,building the electromagnetic transient model of the whole station of PV and the local grid based on the RTlab simulation platform carries out the fault reproduction,and the resu
5、lts of the simulation reproduction are basically consistent with the faultrecordings.lastly,thesolutionofeliminatingtheSVGhigh-frequencynegativedampingisproposedandanditseffectivenessisverifiedbysimulation.ThisanalysisofSVGhigh-frequencyoscillationforrenewableenergystationscanprovideexperienceandref
6、erence for the prevention and treatment of similar faults in the future.Key words:SVG;high-frequency oscillation;negative damping;RTlab simulation中图分类号:TM74文献标识码:B文章编号:1006-7345(2024)01-0003-050前言十四五期间,云南将新增新能源装机 5000万千瓦,成为我国首个新能源装机超 40%的水电、新能源双主体电力系统。为加快建设新型电力系统步伐,大规模风机、光伏和 SVG 接入电网,高比例电力电子端口与电网之间的
7、能量交互极易引发高频振荡,严重影响电网安全稳定运行1-5。截至目前,云南电网已出现三起SVG 高频振荡事件,2022 年 9 月,昭通地区某220 kV 光伏电站 SVG 在 1200 Hz 附近振荡导致 SVG 跳闸脱网;2023 年 3 月,保山地区某220 kV 光伏电站 SVG 在 1650 Hz 附近振荡导致局部电网电压持续波动;2023 年 11 月,昭通地区某 220 kV 光伏电站 SVG 在 1450 Hz 附近振荡导致 SVG 跳闸。在未来,大规模新能源快速接入云南电网,由新能源引发的高频振荡故障可能频繁发生,因此,有必要深入分析高频振荡机理及抑制措施。本文主要介绍 220
8、 kV 光伏电站 SVG 高频振荡引发电压波动的故障案例,首先基于现场故障录波分析确定振荡原因;然后基于 RTlab仿真,复现故障过程,确保复现结果与现场故障录波一致;最后提出高频振荡抑制措施并验证其有效性。1故障概况2023 年 3 月,中调、地调 OCS 主站监测到 220 kV 变电站母线三相电压均出现幅值约4云南电力技术第 52 卷2024 年第 1 期410 kV 左右的波动。通过现场故障录波分析可知,电压波动原因为:该变电站附近的 220 kV光伏电站 SVG 与系统产生高频振荡,振荡频率主要为 1650 Hz(33 次谐波)。振荡期间 32、33、34 次谐波电流被放大,导致 3
9、5 kV 母线电压过高,最终光伏电站的#5、#6、#7、#8 SVG因过压保护动作而跳闸,同时谐波电流传导至附近的 220 kV 变电站引发电压波动。#8 SVG故障录波电流如图 1 所示,35 kV 母线电压故障录波如图 2 所示,#8 SVG 电流谐波占比如图 3所示。图1#8 SVG故障录波电流 图235 kV母线故障录波电压(#8 SVG)510152025303540谐波次数0204060谐波占比(%)70 图3#8 SVG电流谐波占比2故障复现与抑制本次故障复现将以#8 SVG 故障录波波形为参考,复现 SVG 高频振荡至跳闸全过程,在此基础上,云南电科院和云南电力调度控制中 心
10、对 SVG 厂 家 提 出 了“消 除 SVG 高 频 段5502000 Hz 范围内负阻尼”的要求,督促厂家完成软件升级与参数修改,并投入光伏电站现场应用。2.1搭建光伏电站全站电磁暂态模型高频振荡前,220 kV 光伏电站站内接线如图 4 所示,#1、#2、#3、#4 SVG 与 35 kV 公用I 母相连,额定容量均为 27 Mvar,与 35 kV 公用 I 母相连的所有集电线路均处于断开状态。#5、#6、#7、#8 SVG 与 35 kV 公用母相连,额定容量均为 30 Mvar,有 3 回带箱变的空载集电线路与 35 kV 公用母相连。根据图 4 所示的光伏电站站内接线图,本次故障
11、复现将搭建包含站用变、接地变、集电线路、箱变、220 kV 主变和#18 SVG 一次部分的电磁暂态模型。局部电网站用变SVGSVG35kV公用I母第47回第35回站用变 35kV公用II母220kV母线220kV线路第33回箱变#2#1#3#4#5#6#7#8接地变接地变SVG 图4220 kV光伏电站站内接线图2.2搭建光伏电站附近局部电网模型高频振荡具有局部电网故障特性,因此,需要搭建光伏电站附近的局部电网模型,主要包括:与光伏电站相连的 500 kV 变电站及500 kV 变电站附近的所有 220 kV 变电站,采用 BPA 等值得到局部电网的外部电网特性,所有网架参数与 BPA 保持
12、一致。基于 RTlab 仿真平台所搭建的包含光伏电站和局部电网的电磁暂态仿真模型见图 5。图5光伏电站和局部电网电磁暂态模型2.3基于RTlab硬件在环仿真的故障复现与分析本次故障复现将基于 RTlab 硬件在环仿真平台来完成,SVG 实物控制器见图 6,其内部程序、控制参数与现场完全一致,RTlab 实时仿真器见图 7。基于图 5 光伏电站和局部电网电磁暂态模5220 kV 光伏电站 SVG 高频振荡仿真分析 第 52 卷2024 年第 1 期型,将 SVG 实物控制器接入 RTlab 实时仿真器,在图 4 中 35 kV 公用母(振荡点)处进行阻抗扫描,将#5、#6、#7、#8 SVG 看
13、成一个整体,多频次阻抗特性记为 ZSVG,其余部分的阻抗特性记为 ZGrid,二者在同一坐标系下的 bode图如图 8。从图 8 可知,SVG 在 5502250 Hz范围内呈现负阻尼特性,这是引发高频振荡的原因。在图 8 中绿色竖线 fs=1650 Hz(33 次谐波)处,ZSVG 和 ZGrid 幅值相等,ZSVG 相位呈现感性负阻尼特性,ZGrid 相位接近纯容性,二者满足在 fs=1650 Hz(33 次谐波)处产生高频振荡的条件6-7。图6SVG实物控制器 图7RTlab实时仿真器 图8SVG和等效电网的阻抗特性基于阻抗扫描结果,可以得到 ZSVG 和ZGrid 的高频振荡分析等效电
14、路,如图 9 所示,SVG 向电网注入电流 Ie的闭环传递函数如式(1):()()()()()11eGridSVGSVGIsZsG sZsIs=+(1)图9高频振荡分析等效电路电流 Ie的开环传递函数为:()()()GridoSVGZsGsZs=(2)计算G0(s)在fs=1650 Hz处的开环频率特性:(3)根 据 奈 奎 斯 特 稳 定 性 判 据8-9,在fs=1650 Hz 处,闭环系统的开环频率特性非常接近点(-1,j0),这表明闭环系统在 fs=1650 Hz处不稳定,闭环系统开环频率特性 Nyquist 图如图 10 所示。高频振荡需要小扰动激发,本次故障复现采用切除 35 kV
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