基于新能源協同發展的電網規劃關鍵技術探討

朱思,姜浩濰

（1.沈陽農業大學，遼寧 沈陽 110086；2.遼寧省實驗中學營口分校，遼寧 營口 115000）

我國的新能源發展很快，尤其是光伏和風電。在電網規劃中要考慮到新能源的協同發展，促進新能源有序建設、合理規劃，避免新能源大規模接入對電網的沖擊性影響，提供電力企業的投入產出效益，更好的促進新能源可持續發展。

1 新能源概述

1.1 新能源的含義

常規能源是指技術上已經成熟，并且已經得到推廣的能源，如大中型水電、天然氣、石油以及煤等都屬于常規能源。新能源指的是除去常規能源之外的多種能源形式，又可以稱為非常規能源，是當前正在積極研究、正在開發利用的仍處于推廣狀態的能源，例如核聚變能、生物質能、海洋能、風能、地熱能以及太陽能等。

1.2 當前主要的新能源形式

根據當前的技術發展水平，電力系統、電力規劃中以太陽能發電與風電發電為主要發電形式。我國高度重視太陽能發電技術，不斷加大對這種新能源的規劃、研究與應用，由于相關政策的支持，2013年后我國的光伏發電呈現跨越式發展。就風力發電而言，世界各國都較為重視這一風能的重要利用形式。近年來我國的風電也呈現出迅速發展的趨勢。對風力發電的技術以及形式的關注程度正在不斷加大，一系列研究也隨之展開，呈現出不斷深化、提高的發展趨勢?？偟目磥恚鞣N新能源都具有廣闊的發展空間與重要的應用價值，隨著科學研究的不斷加深，這些新能源在各個領域中都將發揮極高的應用價值。

2 新能源接入對電網的影響

新能源的發電出力特點是具有極強的隨機性，新能源并網后，一旦出現出力變化，將引起電網發生頻繁波動的潮流，影響電網系統調度、電網系統經濟性、可靠性及安全性。

2.1 對電網穩定性的影響

如果地區電網足夠強壯，則系統發生故障后，風電機組或光伏電站在故障清除后能夠恢復機端電壓并穩定運行，地區電網的暫態電壓穩定性便能夠得到保證；如果地區電網較弱，則風電機組或光伏電站在系統故障清除后，無法重新建立機端電壓，風電機組運行超速失去穩定，就會引起地區電網暫態電壓穩定性的破壞。

2.2 對電網潮流的影響

光伏電站、風電等新能源，尤其是大容量的風電場接入電力系統后，風電場向系統發出有功功率，吸收無功功率，改變了傳統的電源功率單向流動的特點，因此在電網規劃中，有必要研究新能源電源接入電力系統后的潮流。

2.3 對電網調度的影響

傳統的發電計劃基于電源的可靠性以及負荷的可預測性，以這兩點為基礎，發電計劃的制定和實施有了可靠的保證。但是系統內含有風電場或光伏電站，其出力有極大的隨機性，如果把風電場或光伏電站看作負的負荷，很難準確測定；如果把風電場或光伏電站看作電源，可靠性沒有保證。一般而言，地區負荷特性往往與風電場風電功率特性相反，稱之為風電的反調峰特性，導致大規模風電接入后往往會增加電網調度的難度，需要電網留有更多的備用電源和調峰容量，這將給電網帶來附加的經濟投入，增加電網運行的費用。

3 做好新能源協同發展的電網規劃

電網規劃是一項相對復雜的工作，在進行規劃的過程中，不僅需要考慮到電網的需求，還應該考慮到新能源的消納能力和電網系統輸電容量。在新能源與電網規劃的協同發展中，要及時認識新能源接入電網存在的問題，并針對這些問題采取相應的措施，將新能源技術積極應用在電力系統當中，不斷提升電網規劃水平，減少新能源接入對電網產生的不良影響。

3.1 建立能源互聯網

當前信息技術的不斷發展，傳統信息渠道與互聯網理念的不斷融合，為相關產業帶來了新的挑戰與發展機遇。能源互聯網的主要特征是數據透明、供需分散、能量互補、設備智能以及系統扁平，通過加強對DG（分布式電源）的運行管理，特別是目前存在的光伏、風電等分布式電源，運用能源互聯網，采用各種通信方式將DG納入SCADA系統，有利于地區負荷的準確預測和負荷的平衡。

3.2 開展新能源并網的運行評估

對于風力和光伏發電而言，具有較強的間歇性和隨機性，在電網實際運行的過程中會產生安全穩定等問題，因此要積極開展新能源的電力系統仿真分析工作，借助成熟的軟件模型，對新能源大規模接入后的電網運行狀況予以模擬，評估過程中需要結合經濟性、穩定性、安全性、可靠性以及合理性等予以綜合考慮，尋找系統中需要改善的環節，保證電網安全穩定運行。評估內容如圖1。

圖1 新能源并網的運行評估內容

建立新能源隨機運行模擬模型、電力系統運行環節模擬模型以及傳統機組運行方式的模型，以電網規劃方案為依據，在確定的系統運行模式下開展全年運行模擬，對長期運行下的系統形態，采用概率化的評價方法，對規劃決策的環保性、適應性、經濟性以及安全可靠性予以評估，從而對電網規劃方案的經濟性與合理性予以評價。這一過程中遇到的關鍵問題包括最小化棄光、棄風的優化運行方法，常規能源與新能源的聯合運行模擬，新能源發電系統的運行模擬建模以及機組檢修過程中的數學建模等。

3.3 優化新能源接入的電網技術

在不斷加大新能源滲透率的同時，對系統接納波動性發電的能力要求也就越高，要求既不能由于網絡的容量冗余而導致資源浪費，也不能產生因為網架約束而削弱新能源的能力。新能源大規模接入電網后，在電網規劃的過程中，需要充分考慮新能源處理的場景、新能源接入的電網通用模型。可從以下3個方面提供規劃技術支撐。

（1）合理選擇新能源電源的接入方式。分布式電源越接近系統末端，對節點電壓抬升越大。如果選擇單點接入，為了保證節點電壓不越限運行，分布式電源并不適合安裝在系統末端，并網點盡量靠近系統，盡量減小電氣距離。如果分布式電源的物理位置只能在系統末端接入，可以選擇多點接入的方式，這樣可有效控制節點電壓運行在正常水平。

（2）加裝無功補償裝置。由于分布式電源單點并網，并網點電壓的提升幅度最大，為了控制節點電壓在正常范圍內運行，優先選擇在電源并網點安裝合適容量的無功補償裝置，如電抗器等。當分布式電源多點并網時，為了保證無功補償方案的經濟性、合理性，應采用分布式電源接入的最佳無功優化方案，在系統多點配置無功補償裝置。

（3）在電網系統與含新能源并網較多的片區之間，采用雙回線路，可防止單一線路出現故障時，因為片區出現孤島供電，可能會對系統、維修人員等造成危害，而且負荷可能出現的供需不平衡，將嚴重損害電能質量，從而降低配電網的供電可靠性。當片區孤網運行的時候，可將調速系統的頻率自動跟蹤改為手動設置頻率50Hz，以保證孤網片區頻率的穩定，提高孤網運行的穩定性。

3.4 提高電網對新能源的消納能力

對于新能源協同發展的電網規劃，其目的是建立能合理消納新能源的電網，從而發揮出新能源減排、節能、低碳的優勢，需要做到合理消納。為了做到合理消納新能源，需要確保在消納新能源的過程中不會對系統帶來較大的成本壓力，要求控制由于消納新能源而需要加大的運行與投資的費用；同時，也要求系統具有足夠的靈活性，足以承受新能源并網帶來的劇烈波動。

電網的網架結構不同，系統消納新能源的能力也不同，網架結構的差異還會對不同種類的靈活電源的運行方式造成影響。這一環節面臨的重要技術問題包括分析系統的備用水平、分析系統的調頻能力、分析系統的調峰能力、分析新能源的消納能力、分析電網的傳輸能力以及規劃好具有較強消納能力的網架。

4 結語

當前我國新能源發電技術已經取得了一定的進展，但是需要認識到我國仍然處于能源缺乏的狀態，因此絕不能停止研究。當前使用可再生能源發電裝置仍然存在著一些無法預測的問題，因此這些新能源發電形式會對電網的可靠性與穩定性造成一定的影響，要求我們重視新能源的優勢與缺陷，將新能源發電納入到電網規劃的研究過程中，不斷開發出一系列新的技術以確保電網的安全性、環保性、高效性。