动态特性对系统的影响

随着新能源并网发电渗透率的增加，其对电力系统动态特性的影响也不容忽视。直接并网型发电系统与间接并网型发电系统的动态响应速度和故障响应特性都不同，因而其对电力系统动态特性的影响也不一样。

动态响应方面，直接并网型发电系统与传统发电系统类似，其有功功率响应速度受传动轴转动惯量的影响，在负载投切等小扰动下，作用在发电机转子上的电磁转矩发生相应变化，发电机将在不平衡转矩作用下加速或减速，对应着转子动能的存储或释放，发电机的功角也发生相应变化，最终系统工作在新的平衡点上，此过程与传统发电系统的转子转动惯量响应过程一致，有助于电力系统的频率稳定^[17]。当发电机为笼型异步发电机时，其固有的转速-转矩特性可改善电力系统的阻尼特性，有利于抑制电力系统的区域间和区域内低频功率振荡[1]。间接并网型发电系统由于变流器削弱或隔离了发电设备与电力系统的电气连接，即便发电设备为旋转发电机，其转速也与电网频率不直接相关，发电系统的等效转动惯量减小，从而影响电力系统的频率稳定和阻尼特性^[18，19]。然而，由于间接并网型发电系统的输出功率可灵活控制，且响应较快，通过改变控制策略和运行方式，可人为地使其输出功率与电网频率相关，以模拟传统发电系统的转动惯量响应^[17]，从而保障电力系统的稳定运行^{[18，20，21]}。

故障响应方面，与传统发电系统相似，直接并网型发电系统承受过电流能力较强，即使故障较深，也可保证不脱网运行，不会引起电力系统大的功率缺额，有利于保证电力系统的频率稳定性。若采用笼型异步发电机，其转速运行范围较窄，在电网短路等故障时，若原动机输入功率不及时降低，发电机转速将急速上升，引起飞车；同时，发电机从电网吸收的无功功率将增加，引起电网电压的进一步下降，影响电力系统的电压稳定性和电压恢复^[1]。此时，需要采用额外措施，如启用无功补偿装置，来避免上述不利影响。对于间接并网型发电系统，其输出有功功率和无功功率灵活可控，电网故障时可通过控制变流器使其输出一定的无功功率，以支撑电网，有助于改善电力系统的稳定性。然而，由于电力电子器件过电压和过电流的能力非常有限，故障下间接并网型发电系统的不脱网运行能力较弱，若没有保护措施或合适的控制方案，系统将不得不从电网切出，从而导致大量的有功功率或无功功率缺失，进而引起电力系统频率和电压的大幅下降，甚至引发整个电力系统的崩溃^[4-6]。

随着电网内新能源并网系统渗透率的增加，其静态和动态特性对电网的稳定运行已产生重要影响。(www.xing528.com)

静态特性的影响方面，以我国风电的发展为例，据不完全统计，2010年全国共发生约600次的限制风电出力的情况（不含蒙西限电数据），累计弃风电量约为10亿kW·h，约占全年风电发电量的2%，主要集中在甘肃、黑龙江、吉林、辽宁、蒙东和蒙西，六个地区合计限制风电出力次数占总次数的99%。其原因主要有以下两点：首先，电力系统的调峰容量不足，主要发生在蒙东、黑龙江、吉林、辽宁、蒙西和京津唐电网。由于风能具有不确定性，而电力系统需要能量实时平衡，为解决此矛盾，需要大量的系统备用和调峰容量。上述地区在冬季供热期间，由于热电机组此时调峰受限，而冬季风力资源较充裕，系统的调峰矛盾尤为凸显。其次，局部地区，如甘肃，电网结构薄弱，输电能力受限。目前，甘肃西部地区约有20万kW机组运行出力受限，因为该地区位于西北电网主网的末端（弱电网结构），风电输出功率的大幅变化，导致电网运行电压的调整十分困难，影响电力系统的电压。

故障特性的影响方面，仍以我国风电的发展为例，据不完全统计，2010年全国共发生近30起并网风电非正常脱网事故，其中，山西电网13次，蒙东电网5次，江西电网3次，湖南电网2次，河南、湖北、新疆、黑龙江和吉林电网各1次。其原因包括：风电送出线路断路或跳闸引起风电机组脱网；并网风电机组不具备低电压穿越能力，在故障时切机而造成大规模风电脱网。2011年，由于低电压故障而导致的风电机组脱网现象更加频繁，且脱网规模更大。例如，2011年2月24日，甘肃中电酒泉风力发电有限公司桥西第一风电场因一个开关间隔的电缆头绝缘击穿故障，造成三相短路。为保护变流器等设备不因过电流而损坏，包括这个风电场在内的10座风电场的274台风力发电机组在系统电压跌落时脱网。该风电场风电机组脱网后引起系列反应，致使本次事故脱网风电机组达598台，损失出力占到事故前酒泉地区风电出力的54.4%，造成西北电网主网频率由事故前的50.034Hz降至最低49.854Hz，供电质量严重下降。4月17日，甘肃瓜州协合风力发电有限公司干河口西第二风电场702台风电机组脱网；4月17日，河北张家口国华佳鑫风电场644台风电机组脱网。4月25日，酒泉风电基地再次发生事故，上千台风电机组脱网。

新能源发电系统静态特性所引起的相关问题，需要结合电网内其他发电系统或储能系统的能量管理，甚至改造电网结构来解决；其动态特性，尤其是故障特性，所引起的相关问题，需要通过规范和改善新能源发电系统的并网特性来解决。为避免上述现象对电力系统稳定经济运行的影响，各国电网运营商相继颁布了相关并网导则，对新能源并网发电系统的输出特性提出了明确要求，以确保电力系统的安全稳定运行。