適應高滲透率可再生能源接入的電網規劃評價指標體系研究

宋 琪

（陜西省政府投資評審中心，陜西 西安 710016）

0 引 言

近年來，隨著風力、光伏等可再生能源發電技術的快速發展和在電網中滲透率的不斷提高，電網規劃面臨著新的要求和挑戰。風力、光伏等可再生能源發電出力具有明顯的間歇性、波動性及不確定性[1]，而現有電網規劃的評價指標和方法更多是在輸電設備和負荷預測的基礎上進行確定性規劃，鮮少考慮間歇性電源出力的波動性和隨機性，對由此引起的電網安全性、充裕性和經濟性等多方面的變化也缺少量化評價。因此，有必要研究高滲透率可再生能源接入后電網的特點，進而建立一套完整的適應高滲透率可再生電源接入的電網規劃綜合評價指標體系。

1 高滲透率可再生能源接入電網的特點

一個可靠的電力系統需要時刻維持電力供需平衡，從而保證電網安全穩定運行。實際運行中，電力系統由于機組出力、負荷需求、輸電線和聯絡線的功率波動、發輸電設備的計劃檢修及設備計劃外的中斷干擾等因素，幾乎總是處于不斷變化的狀態，因此電網中的設備元件需要具備消納一定程度干擾或波動且恢復平衡的能力[2]。高滲透率可再生能源接入電網中由于含有很多兼具間歇性、不確定性和波動性的風電、光伏等電源，一方面需要電網中的設備元件具有更多可靈活調度的備用容量，以提高電網對間歇性電源的平衡和消納能力；另一方面需要電力系統網架結構更加穩定和可靠，從而保證持續向用戶提供優質電能。高滲透率可再生能源接入電網規劃評價指標體系的建立，可以實現對現有電網接入可再生能源后運行狀態的有效估計，發現其中的問題，進而保障電網建設效率，提高電網整體運行穩定性和可靠性。

2 高滲透率可再生能源接入電網規劃評價指標體系的設計原則

為了更加全面地反映被評價對象，往往希望指標盡可能多，然后從不同角度反映被評價對象的性質，但這并不代表指標越多越好。一方面，指標數量的增加不意味著有效信息的相應增加；另一方面，指標過多可能會使增加的信息不能被有效提取和利用，然后導致有意義的綜合分析判斷能力的下降。因此，要將指標數量的增加和有效信息的增加合理統一，形成一套科學、合理、有效的綜合評價指標體系。

建立高滲透率可再生能源接入電網規劃評價指標體系的過程中，既要選取能反映高滲透率可再生能源接入電網特點的有效指標，又要兼顧信息有效性、數據采集難度及計算量等實際情況，保證選取的指標可測、可得、可用，具體包括以下4點原則。

（1）電網規劃評價指標體系的設置應與城市特點及負荷特性相適應。

（2）電網規劃評價指標體系應注重從整體上對電網進行分析評價，設置更加簡潔的指標。

（3）對電網規劃的評價除關注指標數值的絕對量外，還應關注指標數值的相對變化。

（4）對電網適應高滲透率可再生能源接入的能力進行判定是評價電網規劃方案優劣的一個重要方面。

3 構建高滲透率可再生能源接入電網規劃評價指標體系

國內傳統電網規劃評價指標體系的研究，主要是從兩個方向展開。第一，單一評價指標的研究。從可靠性、安全性或經濟性等單方面選取指標，進行分解和量化研究，然后給出在某一方面電網規劃方案優劣的結論。第二，綜合評價指標體系的研究。將多方面指標進行有效結合，然后得出綜合性的結論[3]。

本文以電網實時運行狀態為基礎，選取經濟性、可靠性、靈活性及適應性四方面，建立高滲透率可再生能源接入電網綜合規劃評價指標體系，全方位反映電網運行的各項性能，并以此評價結果為參考，統籌規劃電網，最終實現區域電網接入高滲透率可再生能源能力的不斷提高。

3.1 經濟性指標

電網規劃的經濟性分析是從成本、回報、效益和效率等方面對電網建設項目展開分析，論證其經濟可行性[4]。經濟性指標包括全壽命周期成本、投資回報、投資效益及運行效率。

3.2 可靠性指標

可再生能源的高滲透會對電力系統中的電能質量產生一些不良影響，尤其是電壓與頻率方面。因此，設置兼顧供電可靠性與供電質量的可靠性指標，從時間、頻率及質量等方面考核電網的供電可靠性，包括持續供電指標和電能質量指標。

3.3 靈活性指標

可再生能源在電網中滲透率的不斷提高，要求電力系統具有足夠的靈活性，以更好地應對難以精確預測的間歇性電源出力。電力系統靈活性表現在電網規劃方面，要求電網網絡具有必要的輸送電力的靈活性，即能夠通過向外輸送或者向外吸收電力，給予系統靈活性支持。根據不同時間跨度的評估需要，靈活性評估主要分為輸電靈活度、輸電裕度及輸電擴展性三部分。

3.4 適應性指標

電網網架建設通常周期長且滯后于電源建設，而風電、光電等可再生能源一般遠離負荷中心，需要架設更長的線路進行電能傳輸，投資成本高，所以對電網規劃工作提出了預見性與前瞻性的要求。電網規劃工作需要更加注重電網結構的適應性。適應性就是電網結構除要滿足當前輸電需求外，還要考慮是否具備適應未來市場發展、政策變化和環境要求的能力。如果經過一段時期，當前網架結構不再符合要求，但無法在此基礎上進行擴建改造，將會產生高昂的重建費用。適應性指標主要從市場、政策及環境3個維度對電網規劃進行評價。

最終建立適應高滲透率可再生能源接入的電網規劃評價指標體系，如表1所示。

表1 適應高滲透率可再生能源接入的電網規劃評價指標體系

4 結 論

間歇性可再生能源發電技術在電網中滲透率不斷提高使得傳統放射型單向電能傳輸形式變為環狀雙向電能傳輸形式，電網規劃面臨著新的要求和挑戰。本文通過對高滲透率可再生能源接入電網的特點進行分析，歸納出高滲透率可再生能源接入的電網規劃指標設計原則，建立了一套適應高滲透率可再生能源接入的包含經濟性、可靠性、靈活性與適應性指標的電網規劃評價指標體系，為可再生能源接入的電網規劃提供了一種思路，豐富了電網規劃評價方面的理論體系。