新能源基地多能互補電力外送和消納方案的研究

張瑞杰

摘要：近年來，國家發展改革委、國家能源局貫徹黨中央、國務院決策部署，出臺了一系列政策措施，推動我國新能源發展和消納取得重大成就。2019年我國新能源發電累計裝機容量突破4億千瓦，相當于德國和巴西兩國電源總裝機的總和。其中太陽能發電裝機容量突破2億千瓦，持續七年位居世界第一，是排名第二位美國的三倍。我國新能源發展規模持續領跑全球，以風電、太陽能發電為代表的新能源逐漸顯現出從替代電源向主流電源發展的喜人態勢。新能源消納形勢取得顯著好轉，棄電量持續下降，新能源利用水平不斷提高。

關鍵詞：新能源消納;電網結構;電網承載力;反向負載率;熱穩定

引言

近年來，隨著國家對新能源的重視與政策支持，以及光伏扶貧等政策的推進，以光伏為代表的新能源發電規模快速擴大，產業不斷發展，光伏發電占比持續攀高。越來越多的分布式電源加入電網，改變了電網結構[1]，對傳統的電網運營影響較大[2]，引起了電網相關業務的變革。電力供給是優化營商環境的重要內容，不斷增強企業和群眾的獲得感是電網企業改革的主要方向。受電網架構與建設周期的約束，“先接入、后治理”常常成為電網企業面對營商環境挑戰的常規選擇，引發新能源快速增長與電網承載力滯后之間的矛盾，使得電網消納新能源力的相對下降，造成棄光充風等行為持續發生。

1消納能力分級評估設計思路

1.1新能源消納能力面臨的問題與挑戰

大量新能源快速入網，改變了電網結構與潮流方向，使得電網結構更加復雜，有功潮流倒送在局部電網變得更為常見，新能源無序接入使得電網結構更為脆弱，消納能力增長滯后。長期以來，由于接入技術標準的滯后，新能源在接入時缺少權威性的技術評估標準，存在新能源大量無序入網的情況，導致新能源發電與局部負荷增長不匹配，有功潮流倒送上級電網，抬高了電網線損率指標，影響到電網公司經濟利益，而且還會對電網保護系統造成極大沖擊，給電網安全穩定運行帶來新的威脅。通過電網新能源消納能力進行評估，建立有效的技術體系，發現電網消納新能源的瓶頸與結構弱分布，是引導新能源規劃建設、對新能源接入薄弱環節進行有效治理的前提，在實踐中，我們發現，對電網進行分級評估，建立消納能力多級評估體系，根據評估結果，對新能源消納進行綜合治理，是不斷提升電網新能源消納能力的必由之路。

1.2分級評估設計思想

電網消納能力評估以保障電網安全穩定運行和促進新能源健康有序發展為前提，按照“分層分區”原則，從總體到局部開展。從新能源接入來看，受容量限制，分布式新能源主要接入低壓220/380V，以及10kV，當超出饋線承載力之后，倒送到10kV母線、主變，最終將影響到220kV變電站。因此，新能源消納涉及到地縣兩級，需要地、縣兩級協同治理、共管共治，現有的新能源消納管理體系比較分散，缺少上下級的聯動以及協同配合，致使各縣公司新能源消納能力極端不均衡，部分時段，多個220kV變電站有功倒送主網，接近穩定限額，電網安全穩定運行壓力大，必須采取果斷措施消除電網安全運行重大隱患。

2關鍵技術

2.1主配網模型融合技術

消納能力評估的基礎是建立包括220kV至10kV饋線的多級電網模型，目前，35kV及以上電壓等級電網模型在OPEN3000SCADA系統中，10kV饋線電網模型，特別是拓撲聯絡模型，需要重新建立，電網拓撲模型。由于電網模型具有變動性，它隨著電網運營活動的變動而不斷變化，因此，10kV饋線模型要有一定的適應性，它能夠隨著主網模型的變化而相應的調整，在實踐中，采用了主配網模型松耦合通知技術。由模型監測中心服務監測主網模型變更，當監測到主網模型變更后，發送變更消納至配網模型。配網模型監測到主網模型變化后，對模型變更進行評估，評估的依據是IEC61970模型的Energy-Consumer實例，一旦發現有新的模型，便啟動增量模型，通知使用人員進行更改。如果是運營活動引起的停役等活動，便做狀態標記，當發現有退役時，標記配網模型做相應退役處理。

2.2基于微服務的數據封裝

傳統軟件架構是集中部署一套大的Web應用，將各類服務方法集中到整個應用中，所有的開發者都在一個整體應用環境下開發各個功能模塊。微服務架構開創了全新的理念，提供了系統的模塊化的解決方案，將整個系統的每個服務方法單獨拆解出來，獨立成一個模塊，這樣拆解每個服務單獨開發、部署和測試，大大提高擴展性與可維護性。本系統微服務采用.NetCore微服務，基于分布式WCF技術進行開發與封裝，提高了開發與測試效率，部署比較容易。

3未來新能源消納需要關注的問題

新能源是我國能源轉型的主要力量，未來還將持續快速發展。2020年是“十三五”及實現國家清潔能源消納三年行動計劃目標的收官之年，“十四五”期間新能源將進入平價上網和高質量發展的新階段，在新能源持續發展的情況下，新能源消納也將面臨新的挑戰。新能源消納不僅受新能源裝機容量增長、電力需求增長、跨省跨區交易規模等多重邊界條件影響，也與新能源上網電價及補貼調整、可再生能源消納責任權重考核等政策息息相關。與此同時，國家對新能源消納工作監管日趨嚴格，對電力行業服務新能源相關工作提出新的要求。總體來看，新能源消納需要關注以下問題：一是受新能源補貼退坡“關門”時間影響，可能造成新能源并網需求大增，給新能源消納帶來較大壓力。根據《國家發展改革委關于完善風電上網電價政策的通知》（發改價格〔2019〕882號），2018年底之前核準的陸上風電項目2020年底前仍未完成并網的，以及2019～2020年核準的陸上風電2021年底前未并網的，國家不再補貼，且2021年1月1日開始，新核準的陸上風電項目全面實現平價上網，國家不再補貼。根據初步梳理項目建設情況，我國2020年風電并網需求將超過1億千瓦，而電網企業可接入的新增風電裝機在2000～3000萬千瓦之間，若按各省最大并網需求開展測算，預計風電利用率不能達到《清潔能源消納行動計劃（2018-2020年）》中要求的棄風率控制在合理水平（力爭控制在5%左右）的目標，須有序安排新能源裝機，以實現利用率95%的要求。二是隨著新能源裝機規模不斷增長，部分地區省間和省內消納仍存在困難。部分地區新能源裝機規模遠超當地消納能力，以西北地區為例，新疆、甘肅的新能源裝機已超過自身最大負荷的1.5倍，且新疆、甘肅風電利用率以及新疆光伏利用率均低于95%。此外，“三北”地區和西南地區富余裝機規模超過4億千瓦，但跨區通道能力僅為7800萬千瓦，隨著特高壓直流配套電源的陸續投運，新能源外送通道空間將進一步萎縮。

結語

新能源自身的特性給新能源的并網外送帶來非常巨大的困難，想要提高對新能源的利用效率就必須解決掉這些困難，這樣才能夠使得電網能夠更好的消化掉新能源產生的電能，想要達成這個目標，除了政府之外，還需要社會各界人士的共同努力。

參考文獻：

[1]高超，郭強，周勤勇，等.“十三五”電力規劃中新能源大規模外送的安全穩定問題[J].中國電力，2017，50（1）：37-42.

[2]田豐.亞歐洲際輸電送端地區能源電力外送意愿研究[J].電網技術，2015，39（8）：2076-2081.

[3]伍棟文，于艾清.大規模多源聯合外送協調調度中基于核仁理論的利潤分配[J].電網技術，2016，40（10）：2975-2981.