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超高占比新能源电网的电压稳定性及暂态过电压抑制措施研究

1.引言

1.1背景介绍

随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提升，新能源的开发和利用受到了全球的广泛关注。新能源电网，特别是以风能和太阳能为主体的超高占比新能源电网，已成为我国能源结构调整的重要方向。然而，新能源发电具有波动性、间歇性等特点，这对电网的稳定性带来了新的挑战。在超高占比新能源电网中，电压稳定性问题尤为突出，如何保证电网稳定运行已成为当务之急。

1.2研究目的和意义

本研究旨在探讨超高占比新能源电网的电压稳定性及暂态过电压抑制措施。通过对电压稳定性分析、暂态过电压产生机理及影响的研究，提出有效的暂态过电压抑制措施，并对其实施效果进行评估。研究成果将为我国超高占比新能源电网的稳定运行提供理论依据和技术支持，对促进新能源的广泛应用和电网可持续发展具有重要意义。

2.超高占比新能源电网概述

2.1新能源电网发展现状

近年来，随着能源结构调整和环境保护要求的提高，新能源得到了迅速发展。新能源发电具有清洁、可再生、低碳排放等优势，是我国能源转型的重要方向。目前，新能源电网发展呈现出以下特点：

新能源装机容量持续增长。截至2020年底，我国新能源装机容量达到5.3亿千瓦，其中风电、太阳能发电装机容量分别达到2.8亿千瓦和2.5亿千瓦。

新能源发电占比逐年提高。在一些地区，新能源发电已占总发电量的较高比例，如西北地区新能源发电占比已超过20%。

新能源发电技术不断进步。风电、太阳能等新能源发电技术日趋成熟，成本逐渐降低，为超高占比新能源电网提供了技术支持。

2.2超高占比新能源电网的特点

超高占比新能源电网具有以下特点：

可再生能源占比高。超高占比新能源电网中，可再生能源占比超过50%，甚至达到70%以上。

电网运行不确定性大。新能源发电受天气、季节等因素影响，具有较大的波动性和不确定性，对电网运行带来挑战。

电压稳定性问题突出。新能源发电设备多为电压源型，容易引起电网电压波动和稳定性问题。

对电网调节能力要求高。超高占比新能源电网需要具备较强的调节能力，以应对新能源发电的波动性和不确定性。

在本研究中，我们将针对超高占比新能源电网的电压稳定性及暂态过电压抑制措施进行研究，以期为我国新能源电网的稳定运行提供理论依据和技术支持。

3.电压稳定性分析

3.1电压稳定性评价指标

电压稳定性是电网安全运行的关键指标之一。在超高占比新能源电网中，电压稳定性评价显得尤为重要。以下是几种常见的电压稳定性评价指标：

静态电压稳定指标（SVSI）：通过系统最小负荷裕度或最大负荷裕度来评估电压稳定性。它反映了系统在给定运行点附近的电压稳定性程度。

暂态电压稳定指标（TVSI）：主要针对系统在发生大扰动后的电压稳定性进行评估。该指标通常与系统的暂态响应有关。

电压稳定裕度（VSMS）：表示系统在保持稳定前提下，所能承受的最大负荷扰动或最严重故障。

长期电压稳定性指标：用于评估系统在长时间运行过程中的电压稳定性，与系统负荷的增长、新能源发电的波动等长期因素有关。

电压波动和闪变指标：反映电压波动对用户造成的影响，如灯光的闪变等。

小干扰电压稳定指标：评估系统在小干扰下的电压稳定性。

3.2影响因素分析

电压稳定性受多种因素影响，以下列举了几个主要影响因素：

新能源发电的波动性：超高占比的新能源如风能、太阳能具有显著的随机性和波动性，可能导致电网电压波动。

系统负荷变化：负荷的随机波动和长期增长趋势都会影响电压稳定性。

电网结构：电网的拓扑结构和参数会影响电压的分布和稳定性。

电力电子设备：新能源发电系统中大量使用的电力电子设备可能引起电压谐波和稳定性问题。

无功功率控制：无功功率的流动和分布对电压稳定性有直接影响。

保护和控制策略：不适当的保护和控制策略可能导致电压稳定性问题。

通过上述评价指标和影响因素的分析，可以为后续的暂态过电压分析及抑制措施提供理论基础。

4.暂态过电压产生机理及影响

4.1暂态过电压产生机理

暂态过电压是指在电力系统中，由于某种突发事件如短路、开关操作、雷击等造成系统电压瞬间超过正常运行电压的现象。在超高占比新能源电网中，暂态过电压的产生机理主要包括以下几个方面：

新能源发电的波动性：由于风能、太阳能等新能源受环境因素影响较大，其输出功率具有波动性，可能导致电网电压波动，从而引发暂态过电压。

电力电子设备的大量应用：新能源发电系统中，电力电子设备（如逆变器、变流器等）被广泛应用。这些设备的快速切换动作可能引起电压暂升现象。

电网拓扑结构变化：新能源发电站的接入和退出，可能导致电网拓扑结构发生变化，进而引发暂态过电压。

雷击和短路故障：雷击和短路故障是引发暂态过电压的重要原因之一。

4.2暂态过电压对电网设备的影响

暂态过电压对电网设备的影响主要