菲律宾国家输电网新能源消纳能力分析

菲律宾国家输电网新能源消纳能力分析

摘要：近年来，随着新能源发电得到世界各国的广泛关注和迅猛发展，新能

源大规模接入对电力系统运行控制产生的影响日益显著。为保障新能源并网后电

网的安全稳定运行，有必要对电网新能源消纳能力进行研究。本文以菲律宾国家

输电网为例，采用基于无功电压稳定裕度约束的新能源穿透率分析模型，以及新

能源布局分析模型，对菲律宾电网接纳新能源能力进行深入研究，通过分析以风

电和光伏为代表的新能源接入对系统的影响及其穿透率，为制定区域新能源与其

它电源及电网的协调发展规划提供参考依据。

关键词：静态电压稳定裕度、布局分析、新能源穿透率、暂态校验

一、概述

目前，风电和太阳能作为商业化程度很高的新能源在很多国家发展极为迅猛，在新能源装机持续增长的同时，部分国家和地区的弃风弃光现象也愈加严重，因

此准确评估地区风电穿透功率极限，由此制定合理的风电发展规划和外送通道建

设规划对保持新能源持续健康发展具有重要意义。

在新能源发展政策推动下，近年来菲律宾新能源发展迅速。截至2019年底，菲律宾风电装机总容量达到49.4万千瓦，太阳能装机132.8万千瓦。然而，风

能和太阳能固有的随机性、易变性和波动性使得大规模接入对电力系统的运行和

控制产生显著的影响。而且新能源发电的并网减小了系统惯量，会导致在系统发

生故障后如传统机组掉闸等，系统频率下降增大，系统稳定性易受到破坏。为避

免系统大面积停电等恶性事故的发生，有必要研究并网新能源发电在系统事故情

况下对电网的影响，在最恶劣条件下确定电网安全稳定运行的裕度，确定新能源

发电的最大穿透率，为新能源发电的发展以及开发布局提供依据。

本文根据菲律宾电网已建及规划新能源电站概况、电源和电网现状及发展规

划数据，开展分析。通过建立的基于电压稳定裕度分析的网架约束模型，对比分

析给出菲律宾电网新能源功率穿透极限以及布局建议。主要内容包括：（1）从

稳态以及暂态等方面分析影响菲律宾新能源穿透率的影响因素，建立基于电压稳

定裕度分析的新能源穿透率分析模型；（2）分析菲律宾电网新能源接入后的系

统无功电压特性，对菲律宾电网中大规模新能源接入后的系统潮流进行计算，分

析新能源并网运行对节点电压水平的影响，通过电压稳定裕度实现对新能源穿透

极限的确定以及规划新能源各地区接入容量的分配。

二、基于静态电压稳定裕度的穿透率分析

新能源穿透率受到电网安全稳定约束的限制，包括电压稳定约束与断面传输

约束。本文采用的电压稳定约束方法不同于传统定义里因电压稳定或电压安全所

限制的风电出力，而是系统中某个节点或区域受其自身网架约束的最大风电接纳

能力，包括电压稳定、电压安全的约束、风电场送出线路的容量约束、变压器容

量约束等，其特点在于直接确定该区域风电的极限并网容量（或允许最大出力）。

1.无功电压稳定裕度

在现代大型电力系统中电压崩溃问题已成为威胁电力系统安全运行的重要问

题之一。为了防止电压崩溃事故，运行人员最关心的问题是当前电力系统运行点

离电压崩溃点还有多远。要回答这个问题，就应该给运行人员提供一些确定电压

稳定程度的指标。常用的电压稳定指标可分为状态指标和裕度指标，两类指标都

能够给出系统当前运行点离电压崩溃点距离的某种量度。状态指标只取用当前运

行状态的信息，计算比较简单，但存在非线性；裕度指标的计算涉及到过渡过程

的模拟和临界点的求取问题,蕴含的信息量较大。相对于状态指标而言，裕度指

标具有以下优点：

1.

能够给运行人员提供一个较直观的表示系统当前运行点到电压崩溃点距离的

量度；

2.

系统运行点到电压崩溃点的距离与裕度指标的大小呈线性关系；

3.

可以比较方便地计及过渡过程中各种因素如约束条件、发电机有功分配、负荷增长方式等的影响。

因此,电压稳定裕度指标分析方法受到了广泛的重视。随着新能源的发展，可以通过对电压稳定裕度分析确定新能源并网对系统电压稳定的影响程度。

2.方法介绍

本文采用基于静态电压稳定储备系数的区域电网风电布局分析方法，通过分析电网中随着风电出力变化各风电场接入系统母线电压变化情况，利用P-V曲线得到该母线的临界电压，再根据系统的静态电压稳定储备系数折算出该母线能够达到的电压最低值即母线的正常电压，最后得到对应正常电压时接入该母线的风电容量。

静态电压稳定性计算一般采用实用算法，计算的结果通常表现为P-V曲线的形式。P-V曲线是静态电压稳定分析的工具之一，它通过建立母线电压和一个地区负荷或输电断面潮流之间的关系曲线，从而给出地区负荷或断面功率水平导致系统接近静态电压崩溃的程度。在常规电力系统应用P-V曲线分析电压稳定性问题时，P通常表示某区域的总负荷，也可代表系统传输断面或者是区域联络线上的传输功率，V则代表关键母线的电压，也可同时画出多个母线的电压曲线。

当把P-V曲线方法应用于风电场接入电网的静态电压稳定性分析时，由于需要考虑的是风电注入电网对电压稳定性的影响，P则代表了整个风电场发出的有功功率，V既可以是机端电压也可以是并网点的电压。对于应用P-V曲线对风电场接入电网的静态电压稳定性的分析，实际上是研究风速变化导致的风电场出力变化对电网电压的影响，采用简化的办法将小扰动电压稳定计算处理成为连续时间断面上每一个离散点的静态潮流计算，用于研究风电的注入功率引起的电压稳定性的变化及运行点距离电压崩溃点的距离，反映风电所接入的电网的电压稳定裕度。该方法计算流程图如下所示。

图1：系统电压稳定条件下新能源消纳能力计算方法

三、菲律宾电网新能源穿透率确定

1.菲律宾电网介绍

菲律宾电网属于垄断经营、受严格监管企业，私有化前由国家输电公司（TransCo）负责运营。2009 年1月，菲律宾国家电网公司（NGCP）获得菲律宾国家输电网25 年特许经营权。按照特许经营权法案，菲政府拥有输电资产所有权，NGCP 负责管理并运营菲律宾全国的输电资产，负责全国高压输电设施（包括联网）的规划、建设、调度、运行和维护。

菲律宾输电网由吕宋、维萨亚、棉兰老三大区域电网组成，其中，吕宋电网与维萨亚电网间通过±350千伏莱特—吕宋直流输电工程互联，棉兰老电网目前