摘要:哈密地区是新疆风能和太阳能资源十分富足的区域之一，也是我国首个利用天中直流的跨区特高压直流输电通道促进风电和光伏建设、消纳的示范基地。根据国家能源局《关于哈密风电基地二期建设方案的复函》及相关文件，哈密将大规模风光发电经特高压远距离输电线路集中外送，将导致风光实质接入的是一个电压敏感性强的弱联接送端电网。弱送端电网电压支撑能力不强，无功问题突出，在风光发电大发、线路重载等运行工况下，风光的出力波动或电网侧发生扰动等，都会导致接入地区局部电网的电压大幅波动，容易诱发直流换向失败等严重的系统安全稳定事故。因此，在新疆电网的哈密风电和光伏密集基地开展本项目研究对保障疆电可靠外送、特高压直流安全稳定运行、受端电网安全稳定运行具有极其重要的意义。
关键词:风电；光伏；电网现状
一、哈密地区电网及电源现状概述
天中直流工程送端换流站所处哈密地区位于新疆东端，是国家确定的千万千瓦级风电基地之一和新疆四大煤炭基地之一，其资源分布广储量大，环保空间较大，电源建设及发电成本均相对较低，集中开发优势明显。新疆经济带主要沿绿洲分布，用电负荷分散、供电距离长、基础设施薄弱，电网结构和负荷分布难以消纳大规模集中开发的火电基地电力，电源结构、负荷分布和负荷特性难以适应风电的大规模发展。天中直流工程的建设构筑起了“西电东送”的“高速路”，实现新疆煤电、风电基地电能直供中部地区负荷中心，是实现更大范围内的资源优化配置创造了有利条件，是落实国家“西电东送”能源战略的重要举措。
±800千伏天中直流计划配套火电厂4座、10台机组、660万千瓦，配套风电、光伏共925万千瓦，其中风电为800万千瓦，光伏为125万千瓦，风电中三塘湖地区风电325万千瓦，淖毛湖地区风电75万千瓦，东南部地区风电400万千瓦，东南部光伏125万千瓦。截至2016年底，哈密地区电网总装机容量为1844万千瓦，其中：火电总装机638万千瓦，风电总装机956万千瓦，水电总装机1.9万千瓦，光伏电站总装机241万千瓦。
哈密地区风电（956万千瓦）：主要分布在三塘湖（387.8万千瓦）、淖毛湖（79.1万千瓦）、东南部（449.1万千瓦）、西部（39.6万千瓦）区域。
哈密地区光伏（241万千峰瓦）：主要分布在哈密石城子、巴里坤、伊吾、红星二场、红星四场及柳树泉区域。
二、哈密地区风电密集接入电网现状
哈密地区风电主要集中在淖毛湖风区、三塘湖风区、哈密东南部风区和西部地区，总并网容量达到956万千瓦。
2.1哈密淖毛湖地区
哈密淖毛湖地区共有9座风电场，集中在220千伏淖毛湖、国投淖毛湖南变电站下，并网容量达79万千瓦。
2.2哈密三塘湖地区
哈密三塘湖地区风电场主要集中在220千伏天电麻黄沟西风电汇集站、麻黄沟东、中广核望洋台东、华能望洋台西、国华望洋台、大唐红星风电汇集站和110千伏巴里坤变电站、黑眼泉变电站下，并网容量达387.9万千瓦。
2.3哈密东南部地区
哈密东南部地区风电场主要集中在220千伏烟墩西、烟墩北、烟墩南、苦水西和苦水东变电站下，并网容量达442.2万千瓦。
2.4哈密十三间房地区
哈密十三间房风区有5座风电场，集中在220千伏十三间房变电站下，并网容量达39.6万千瓦。
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三、哈密地区光伏密集接入电网现状
哈密地区光伏主要集中在哈密东南部地区和西部地区，总并网容量达到241万千瓦。
3.1哈密东南部地区
哈密东南部地区共有光伏电站16座，主要集中在220千伏疆润回庄子、华电庙尔沟、国华景峡西、中电建雅满苏、特变思甜东、国投思甜北、国电景峡东变电站下，并网容量达85万千瓦。
3.2哈密西部地区
西部地区共有光伏电站38座，集中在220千伏华电石城子、三道岭、十三间房变并网容量达102万千瓦。
四、哈密地区电网存在的电压稳定问题
4.1哈密地区电网目前遇到的问题
目前哈密地区风光电送出系统主要有以下几方面特点：
（1）风电装机容量大
2016年哈密地区风电装机容量已达956万千瓦，光伏装机241万千瓦，电力送出需求导致线路多工作在满载状态。2017年风电继续保持快速增长，山北、烟墩地区风电大规模投产，线路重载情况进一步加剧，风电送出受阻。
（2）短路容量低
由于哈密风电投产与地区电网建设速度的不匹配，导致哈密地区网架结构薄弱，抗电网扰动能力较差。目前哈密地区风电大规模投产，但相应电源送出线路单一，电网成辐射型，且送电距离较长，电网扰动及故障情况下容易丢失大量的风电。
（3）大量无功补偿设备投入
为了解决风电场并网运行存在的电压稳定性稳定性问题，风电场装设了大量的可快速投切的电容器及SVG、SVC等动态无功补偿设备。
（4）风电输出功率波动
风电机组发出的功率主要与风速有关。由于风的不确定性、间歇性以及风电场内各机组间尾流的影响，使得风力发电机不能像常规发电机组那样根据对电能的需求来确定发电，风电功率的随机波动被认为是对电网带来不利影响的主要因素。
由于哈密地区风电送出系统存在风电装机容量大、电网短路容量低、大量无功补偿设备投入、风电输出功率波动等特点，导致电铁等重要负荷拖网、电压异常等电网事故，同时会对天中直流的正常运行产生影响，导致直流闭锁等严重后果。
4.2解决问题存在的困难
受限于风能资源与负荷中心的逆向分布，哈密地区大规模风力发电普遍采用“集中式开发、远距离输送”的发展模式。风电汇集系统内风电场多为辐射型连接，汇集线路较长，并且少有或没有负荷接入，其实质是一个弱联接送端电网，且风电外送多采用串补交流输电和高压直流输电2种方式，一旦天中直流发生闭锁故障或近区发生严重故障，都会危及到风电场的运行，甚至会导致风机脱网，从而引发连锁事故。
风力发电系统的结构、并网方式与传统火力发电机组相比均有本质的区别，而且风电场/场群又是由多种类型风电机组构成，导致大规模风电基地外送的无功电压问题变得十分复杂。
结束语
哈密地区的风电光伏情况复杂，需要投入大规模的人力物力资源才能使其管理条例，促进哈密地区的风电发展。
参考文献
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[2]张无.清洁能源并网对电网影响分析[D] .学术论文联合比对库.2015.
论文作者:丁莉娜1,俎建强1,朱清2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/28
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