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2.2 电网调节能力不断下降
1) 频率方面。
随着直流受电规模增大和新能源出力占比提高,常规机组被大量替代,电网频率调节能力持续下降。
从受端电网来看,特高压直流密集馈入,单一直流闭锁,可能引发低周减载动作,两回直流闭锁,存在频率崩溃风险。如图 8,华东电网频率调节系数随馈入直流容量增加呈现明显下降趋势。

从送端电网来看,风电大出力时,系统频率调节能力显著下降,故障造成电网频率变化大。如图 9,东北电网 5 500 万 kW 负荷水平下,损失 300 万 kW功率,若网内无风电,系统频率下跌 0.7 Hz;若网内风电出力达到 1 000 万 kW,频率下跌 1.1 Hz,比无风电时增加 0.4 Hz[3]。

2)电压方面。
直流和新能源机组均不具备类似常规电源的动态无功支撑能力,直流馈入和新能源占比较高的电网,系统动态无功储备急剧下降,电网电压崩溃风险加大。
从受端电网来看,呈现多直流集中馈入格局,交流系统故障、引发直流换相失败的动态过程中,单一直流最大吸收 800 万 kvar 无功甚至更多, 易引发系统持续低压甚至电压崩溃、直流闭锁。如图 10所示。

从送端电网来看,本地常规电源被大量替代,系统短路容量持续降低;同时,新能源耐压水平差,易过压脱网,进一步恶化系统电压调节能力。以2017 年即将投产的鲁固直流(扎鲁特—青州)为例,其满功率(1000 万 kW)方式下,发生换相失败期间,送端暂态过电压可达 1.35 pu,远超出现有风电1.1 pu 的耐受标准,如图 11。当前,多个特高压直流均存在类似问题,直流功率受送端风机耐压能力制约明显。

2.3 电网抗扰动能力持续恶化
“转动惯量”是衡量系统抗扰动能力的重要指标。系统转动惯量分 2 部分:一是常规机组转动惯量,随着机组被大量替代而持续减小;二是新能源的“有效转动惯量”,与常规机组相比较小,导致系统总体惯量不断减小,抗扰动能力持续恶化。如图 12 所示[2]。

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