В современных электросетях с высокой долей интеграции новых источников энергии статические генераторы реактивной мощности (СРГ) – ключевое устройство для повышения пропускной способности электропередачи и стабилизации качества напряжения – вызывают опасения по поводу стабильности системы после ввода в эксплуатацию. В данной статье, основанной на результатах исследований, представленных в вышеупомянутом файле, рассматриваются риски подсинхронного резонанса (ССР), вызванного СРГ, в региональных электросетях. Для углубленного анализа моделирования СРГ, тестирования сценариев и снижения рисков используется моделирование переходных электромагнитных процессов. В статье представлены практические рекомендации по безопасному применению СРГ с акцентом на ключевые факторы, такие как режимы управления СРГ и условия эксплуатации сети, что полностью соответствует технической базе и целям исследования, изложенным в файле.
I. Базовое моделирование SVG для моделирования
Точное моделирование переходных электромагнитных процессов имеет основополагающее значение для анализа рисков SSR, связанных с SVG, как подчёркивается в документе. В этом процессе приоритет отдаётся трём ключевым аспектам: точности моделей SVG, эффективности моделирования фотоэлектрических (PV) установок, подключенных к сети, и точности основных параметров электросети — всё это критически важно для надёжной оценки риска SSR, как указано в методологии исследования, изложенной в документе.
1. Проверка параметров электросети и ввод
Исследовательская группа сначала проверила параметры линии и главного трансформатора региональной энергосистемы, чтобы исключить отклонения данных, заложив прочную основу для моделирования в соответствии с требованием файла к «комплексной проверке параметров для обеспечения отсутствия отклонений исходных данных». Был уточнён контекст развертывания генераторов напряжения: для решения проблемы роста нагрузки на электроотопление в зимний период и повышения пропускной способности ключевых участков 750 кВ/220 кВ планируется три комплекта генераторов напряжения ±52 Мвар на стороне 35 кВ нескольких подстанций 220 кВ, что напрямую отражает опыт ввода генераторов напряжения в эксплуатацию и технические параметры, подробно описанные в файле. Режимы управления и настройки параметров этих генераторов напряжения напрямую влияют на риски колебаний сети, что делает их основным объектом моделирования, как отмечено в файле.
2. Целевое моделирование подключенных к сети SVG и PV- установок
- Разработка модели SVG : Для генераторов SVG мощностью ±52 Мвар были смоделированы два основных режима управления — управление постоянной реактивной мощностью и управление постоянным напряжением — с различными параметрами (скорость реакции, пропорционально-интегральные коэффициенты) для проверки их влияния на устойчивость сети. При управлении постоянной реактивной мощностью генератор SVG стабилизирует заданную реактивную мощность для компенсации колебаний фотоэлектрических систем; при управлении постоянным напряжением он корректирует реактивную мощность для поддержания напряжения в точке, подключенной к сети. Эти особенности, специфичные для каждого режима, были точно отражены в модели для обеспечения релевантности риска SSR, полностью соответствуя требованиям моделирования генератора SVG и анализу режимов управления, указанным в файле.
- Оптимизация моделирования фотоэлектрических установок : Учитывая большое количество фотоэлектрических установок в регионе, моделирование преобразователей с коммутационными устройствами было признано неэффективным. Вместо этого был принят «метод усреднения эквивалентного управляемого источника напряжения/тока» — именно тот инновационный подход к моделированию, который предложен в файле. Валидация подтвердила высокую степень соответствия этого метода моделям коммутационных устройств во всех сценариях (например, скачки команд активной мощности, однофазные замыкания на землю со стороны переменного тока длительностью 0,1 с), что подтверждает сохранение точности и значительное повышение эффективности моделирования для сетей, интегрированных в SVG, что согласуется с результатами верификации и целями повышения эффективности, указанными в файле.
II. Моделирование субсинхронных колебаний с использованием SVG
Для комплексной оценки рисков SSR после ввода в эксплуатацию SVG были разработаны симуляции с учетом переменных, связанных с SVG (режимы управления, скорость отклика), и условий сети (выход фотоэлектрических систем, уровень нагрузки), охватывающие как экстремальные, так и нормальные рабочие сценарии, что имеет решающее значение для выявления условий высокого риска, как того требует файл.
1. Сценарий высокого риска для SSR
Исходя из опыта интеграции новых энергетических сетей, сети наиболее уязвимы к SSR, вызванным SVG, при «меньших количествах синхронных генераторов, слабой структуре сети, низкой выработке фотоэлектрических установок и низкой нагрузке» — условиях, которые снижают устойчивость сети к помехам, как прямо указано в файле. Основные параметры моделирования были заданы следующим образом (в соответствии со сценарием, указанным в файле):
- Работа гидроэлектростанции: 2 агрегата (минимальный режим);
- Уровни нагрузки: 300 000 кВт (малая) и 530 000 кВт (большая);
- Выход фотоэлектрических систем: 20% (низкая, высокая волатильность) и 70% (высокая, стабильная);
- Настройки SVG: режимы управления постоянной реактивной мощностью/постоянным напряжением (с регулируемой скоростью отклика);
- Помеха: однофазное замыкание на землю длительностью 0,1 с через сопротивление на шине 220 кВ (для срабатывания потенциального твердотельного реле).
2. Процесс моделирования и наблюдение
Система была сначала стабилизирована, и выходы генератора напряжения и фотоэлектрических установок достигли устойчивого состояния. После срабатывания аварийного отключения на шине 220 кВ (устраненного за 0,1 с) программа анализа электромагнитных переходных процессов регистрировала данные генератора напряжения в реальном времени (реактивная мощность, напряжение в сети, скорость агрегата) в соответствии с процессом моделирования, описанным в файле. Были получены следующие основные результаты (соответствующие результатам моделирования в файле):
- При небольшой нагрузке (300 000 кВт), низкой выходной мощности фотоэлектрических систем (20%) и постоянном контроле напряжения SVG: после неисправности наблюдались незатухающие низкочастотные колебания, что указывает на высокий риск SSR;
- При тех же условиях сети переключение SVG на постоянное управление реактивной мощностью: колебания затухали в течение 2 с, что демонстрирует критическую роль режимов управления SVG в смягчении SSR, как подчеркивается в анализе рисков в файле.
III. Основные выводы о рисках
Анализ результатов моделирования прояснил распределение риска SSR и выявил законы влияния, специфичные для SVG, обеспечив основу на основе данных для снижения риска, что соответствует логике вывода файла.
1. Условия эксплуатации с высоким риском для SSR
Результаты моделирования показывают, что условия эксплуатации с рисками подсинхронных колебаний в региональной энергосистеме сосредоточены в «режиме обслуживания двухпроводных каналов 750 кВ и 220 кВ» — сценарии, который ослабляет структуру сети и усиливает взаимодействие между генератором и фотоэлектрическими системами, как указано в заключении по основным рискам в файле. Например (что соответствует анализу случая в файле):
- При наличии двух гидроагрегатов, нагрузки 300 000 кВт, 20% мощности фотоэлектрических установок и постоянного контроля напряжения генератора SVG: риск SSR резко возрос во время технического обслуживания основного канала;
- Переход на систему управления постоянной реактивной мощностью SVG снизил риск до приемлемого уровня, подчеркнув, что выбор режима является критически важным инструментом смягчения последствий, как указано в файле.
2. Факторы влияния SSR
- Режимы и параметры управления SVG : управление постоянной реактивной мощностью представляло меньший риск возникновения ТСР, чем управление постоянным напряжением. Более медленная скорость реакции SVG (большая постоянная времени интегрирования) также снижала риск, поскольку позволяла избежать резонанса между регулировкой SVG и собственной частотой сети, что напрямую отражает анализ влияния параметров SVG на риски, представленный в файле.
- Интеграция фотоэлектрических систем : больший масштаб подключения фотоэлектрических систем к сети и меньшая выходная мощность фотоэлектрических систем (например, 20%) увеличивают риск SSR из-за усиления конфликтов между управлением инвертором фотоэлектрических систем и регулировкой SVG, что соответствует исследованию файла об эффектах взаимодействия фотоэлектрических систем и SVG.
- Уровень нагрузки : более высокая региональная нагрузка (например, 530 000 кВт) снижает риск SSR за счет увеличения эквивалентного демпфирования сети, которое поглощает энергию колебаний от взаимодействия SVG-PV, что соответствует выводу файла о буферной роли уровня нагрузки.
IV. Рекомендации
Для обеспечения безопасного ввода в эксплуатацию СВГ меры по снижению рисков были адаптированы к эксплуатации СВГ и управлению сетью, напрямую устраняя выявленные факторы риска, что полностью соответствует рекомендациям по контролю рисков, изложенным в файле.
1. Оптимизируйте стратегии
- Обеспечить постоянный контроль реактивной мощности SVG во время технического обслуживания ключевых каналов 750 кВ/220 кВ — когда риск SSR наиболее высок, как настоятельно рекомендуется в файле;
- Установите SVG на «медленный отклик» (например, интегральная постоянная времени Ti=0,1, пропорциональный коэффициент Kp=0,5), чтобы избежать частотной связи, с динамической регулировкой параметров на основе выходного сигнала нагрузки/PV в реальном времени — в соответствии с рекомендациями по оптимизации параметров SVG в файле.
2. Улучшение эксплуатации и обслуживания сетей
- Увеличить частоту мониторинга выходной мощности SVG, напряжения/тока в сети в периоды повышенного риска: зимняя пиковая нагрузка (полная работа SVG), низкая выходная мощность фотоэлектрических установок и техническое обслуживание ключевых каналов — в соответствии с требованиями файла по мониторингу O&M.
- Требовать от фотоэлектрических установок оптимизации параметров внутреннего/внешнего контура инвертора для минимизации конфликтов управления SVG-PV, как предлагается в файле;
- Ограничьте мощность отдельных фотоэлектрических установок во время первоначального ввода в эксплуатацию SVG, постепенно увеличивая ее для контроля реакции системы, следуя рекомендациям по поэтапному вводу в эксплуатацию, приведенным в файле.
V. Заключение: SVG как средство реализации сетей — с контролем риска SSR с помощью моделирования
Хотя планируемые генераторы SVG мощностью ±52 Мвар увеличат пропускную способность региональной сети и устранят перебои в нагрузке, моделирование подтверждает, что несоответствие режимов/параметров управления генераторами SVG и условий сети может привести к возникновению SSR, что соответствует основному предупреждению файла. Данное исследование, основанное на содержании файла, демонстрирует, как моделирование переходных электромагнитных процессов может:
- Заранее выявляйте риски SSR, связанные с SVG;
- Количественно оценить влияние стратегий контроля SVG;
- Разработать целевые меры по смягчению последствий.
Эти данные не только способствуют безопасному вводу в эксплуатацию SVG в исследуемом регионе, но и обеспечивают воспроизводимую структуру для других сетей с высоким уровнем проникновения новых источников энергии и интеграцией SVG — именно то практическое значение, которое отмечено в документе. Отдавая приоритет точности моделирования SVG и управлению рисками на основе моделирования, SVG могут действительно служить «ускорителем» стабильной и эффективной работы сети, способствуя созданию энергосистемы нового типа, как следует из документа.
Возникают проблемы с взаимодействием фотоэлектрических систем и систем солнечной энергетики (СЭС) или рисками, связанными с твердотельными реле (SSR) в вашей сети? Компания Hengrong Electric CO., LTD. специализируется на совместном управлении системами СЭС и СЭС — укажите масштаб вашей сети и коэффициент интеграции фотоэлектрических систем, и мы разработаем для вас индивидуальное решение!