規模化新能源開發利用對電力系統安全的影響

任凱

摘要：我國作為世界人口大國和能源消費大國，經濟增長壓力和節能減排壓力巨大。對我國而言，大規模開發利用新能源一方面是應對能源環境危機、轉變經濟發展方式的有效手段；另一方面是搶占未來產業發展制高點、提高國際競爭力的重大舉措。本文主要分析了規模化新能源開發利用對電力系統安全的影響。

關鍵詞：電力系統；規模化新能源；開發利用；安全影響

中途分類號：F407.61

1 大規模新能源電力系統的特點

電力系統是一種生產電能的消費系統，其中的過程主要包含了發電和輸電，同時具備配電和用電功能，將能源轉換為電能后利用輸電設備提供給用戶使用。針對新能源電力系統來看，其是無法大量儲存能源的，為了加強電源側的有效控制，必須制定出科學的中長期負荷預測，優化機組調度，實現自動化操作和控制，從而提高電網的穩定性。太陽能和風能發電和傳統水能、核能發電是完全不同的，其難以儲存，無法對電能的輸出進行有效的控制。同時對能源智能化的理解主要體現在兩個方面。一方面，工業化與信息化的融合促進了現代社會向著網絡化、數字化與智能化發展，比如智能制造、智能交通、智能電網乃至智能城市等等。就智能電網而言，就是通過網絡化、數字化與智能化技術，使電力的生產與供應更加高效、更加便捷、更加可靠、更加清潔，建立起人與自然更加和諧的能源電力生產、供應與消費模式。另一方面，實現新能源逐步取代化石能源的變革需要依賴網絡技術、數字技術與智能控制技術的支撐。電力網故障下的自愈與恢復等等，都需要建立在先進的網絡信息系統、智能控制與管理系統以及大數據處理、云計算等技術的基礎上，從而成為有效解決當今能源電力問題、發展新能源電力的有效手段。

2 大規模新能源電力發展現狀及原因

隨著新時代的到來，世界各個國家都已經開始重視和關注能源短缺以及能源污染的問題，為了能夠很好的解決這些問題，每一個國家都在積極的開發新能源，從而滿足各國經濟發展對能源的需求，減少能源的消耗和環境的保護。面對世界各國的這種形式，我國在最近幾年在節能減排上也加大了力度，從而促進新能源的開發與利用，實現智能化電網。目前我國開發的可再生能源主要以風能和太陽能為主，成為我國開發的重點內容。但是就我國目前大規模新能源電力系統的發展現狀來看，仍然存在很多的不足，這些是必須要改善的。解決電力消耗和新能源電力系統不穩定的狀況，提高電力系統的可靠性，實現高效利用。通過一些相關的調查研究發現，大規模新能源電力發展過程中存在問題的主要原因是，新能源電力系統電源結構不完善，不具備能適應新能源電力系統隨機波動特點的電源。另外，由于新能源投入成本較高和利用率過低，從而導致了經濟缺乏。

3 規模化開發利用新能源與電力系統安全

3.1 隨著電網中新能源電力比重增加及直流輸電的大規模投產，電力系統呈現出新的動態特征，需要新的建模與分析方法

新能源、直流輸電快速發展，使得電力電子裝置在源、網、荷側系統中所占比重均日益增加。電力電子裝置具備快速動態響應特性，使傳統電力系統以工頻相量為基礎的建模分析方法面臨挑戰。按照系統動態過程的時間尺度，分解為相互獨立電磁暫態、機電暫態以及中長期動態仿真分析也已逐漸不能滿足現代電力系統的要求，涵蓋源網荷電力系統的全過程仿真成為研究的熱點問題之一。與此同時，傳統電力系統分析方法以確定性分析為主，如何表征大規模新能源電力的隨機性，并分析其對電力系統安全的影響也是一個值得關注的問題。

3.2 能源系統與信息技術深度融合成為未來發展趨勢，模型分析與數據分析并重，將成為發展新能源電力、保障電力系統安全的有效手段

正是由于現代電力系統動態特征更加復雜多變，以電網元件建模為基礎，完全依賴模型分析的方法已受到越來越多的局限。與此同時，電網部署了眾多的數據采集與監測系統，包括SCADA系統、PMU/WAMS系統和故障信息系統等，提供了大量的系統實測數據；未來隨著電網與用戶互動的增加及相關信息采集系統的建設，還將提供更多數據源，基于數據分析的技術得到了人們的關注。但是二者不可能相互取代。以模型分析為基礎，應用大數據處理、云計算等新技術，挖掘未來電力系統未知的現象與規律，實現電力系統態勢實時感知與精準協同控制，將成為發展新能源電力、保障電力系統安全的有效手段。

3.3 電力系統的運行控制方式可能發生變革，將在集中與分布之間尋找新的平衡點

隨著區域電網間交直流輸電線路建設進程的推進，大電網之間的耦合日益緊密，電力系統整體性特征日益突出，因此在相當長的一段時間內，集中運行控制模式對于大范圍消納新能源電力、保障系統安全仍將起著重要的作用。然而隨著新能源電力與智能電網的發展，未來電力系統控制對象急劇增長，特別是海量分散用戶參與到需求側調度后，將給集中運行控制模式帶來挑戰。因此，國內外學術界正在探索集中協同—分布自治的新模式，可以預見，未來電力系統運行控制模式勢必將在集中與分布之間尋找新的平衡點，從而更充分利用集中優化與分布決策各自的優勢。

3.4 電力系統發生系統性事故的風險逐漸增大，協調多種控制手段的系統性保護提到議事日程

伴隨特高壓交直流工程相繼投產，特別是特高壓直流輸電規模的快速發展，一旦交流系統發生常見的單相短路故障，就有可能引發多回直流同時換相失敗，電網將面臨送、受端功率不平衡而導致嚴重的穩定性事故或大量切機、切負荷的風險；含多直流饋入的受端電網，其直流線路間的相互影響以及受端電網的電壓穩定性問題，正成為制約電網安全穩定運行的新瓶頸；含大規模新能源電力的送端電網，也有可能由于電網擾動導致新能源電力設備大面積切除，進一步擴大事故影響范圍。因此，協調直流、交流、各類電源與負荷等多種控制手段的系統性保護成為當前研究的熱點問題。

結論

最近幾年，我國電力系統一直在發生巨大的變化，由于大規模新能源電力系統的不斷發展，實現了改革創新，在結構形態和控制方法等方面上都產生了一定的實質變化，促進了新時期下新能源電力系統的形成。加強大規模新能源電力系統的安全高效利用，完善我國電力系統，促進我國電力系統智能化的形成。

參考文獻

[1]劉江敏.含大規模新能源發電的電力系統可靠性分析[D].燕山大學，2014（11）：141-143.

[2]孟杰.含大規模新能源的電力系統優化調度問題研究[D].華北電力大學，2014（15）：23-25.