探討新能源接入對智能配電網的影響及建議

晏開志

（云南省配售電有限公司，云南 昆明 650228）

0 引言

應對氣候變化,事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體，兩會明確把“碳達峰、碳中和”納入生態文明建設整體布局。構建智能配電網適應高比例接納新能源是一項有力的舉措，已成為新時代備受關注的焦點。作為支撐國民經濟發展主要能源之一，電能消耗極大，傳統的化石能源在不斷枯竭，構建以光伏發電、風力發電的新能源替代煤電等傳統能源，結合新能源的特征構建適應性更強的智能配電網，提高新能源的利用率，確保我國“碳達峰、碳中和”目標的實現是當務之急。

1 新能源及智能配電網

新能源的發展及自適應接入智能配電網成為近年來備受矚目的焦點，我國出臺一些列扶持性政策文件旨在調動，確保新能源和智能配電網更好的完善及優化，實現理想化的發展目標，為國家電力的發展提供有力的支持[1]。

1.1 新能源

1.1.1 風能發電

風能是一種可再生資源，屬于新能源的范疇。風力發電的原理是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。伴隨著更加安全、更加智能、更加開放、更加低碳的智能配電網發展，風力發電在未來能源供給中將扮演更加重要的角色。截止2020年底，我國風電裝機達2.81億千瓦，其中陸上風電裝機2.71億千瓦、海上風電裝機為900萬千瓦，中國的風電規模領跑全球。風力發電技術在多項新能源開發中占據著非常關鍵的地位，技術的成熟度和規模化也備受矚目。

1.1.2 光伏發電

光伏發電的原理是利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統。光伏發電系統分類，一種是集中式（如大型地面光伏發電系統）和分布式(以6MW為分界，如工商企業廠房屋頂光伏發電和民居屋頂光伏發電系統）兩種[2]。光伏發電具有可持續性、清潔性和無地域限制等突出優勢。截止2020年底，我國太陽能發電裝機容量達253.43GW，2020年新增裝機量為48.2GW，增長24.1%。

圖1 風機結構的原理圖

圖2 光伏發電的原理圖

1.1.3 新能源發展預判

（1）可再生能源已成為全球能源發展的主流方向

以光伏發電、風力發電為代表的新能源行業逐漸成為替代傳統化石能源的重要主力軍。一方面，新能源具有清潔、可再生等特性，另一方面，傳統化石能源不可再生，且已探明的儲存量難以支持人類社會可持續發展。因此，新能源是未來經濟社會發展的重要能源動力。

（2）市場需求空間巨大

隨著中國、印度等新興市場及美國、日本、歐洲等發達國家傳統新能源市場需求的快速增長，全球光伏發電裝機規模呈現高速增長的快車道。

（3）國家政策支持

近年來全球各國推出多項扶持政策，為新能源快速發展提供了有力的政策支持和技術創新資金支持，為光伏、風力發電營造了寬松有利的發展環境，指導新能源發展方向、引導市場資源向新能源消納傾斜、提升新能源的關注起到了重要作用。

1.2 智能配電網概述

智能配電網是一個相對完整的系統，其將通信技術、現代電子技術和計算機技術等有效的結合到一起，借助于整合配電網的相關數據信息，使得配電網可以正常的運行，在正常狀態下加以實現，穩步突破科學化監測以及控制等多種目標，促使分布式電源的大規模接入和消納得到有效的促進，支持配網和用戶間有效的互動，為用戶們享受到更加優質、可靠、安全的電能提供保障。智能配電網必須要有電力系統以及通信網絡的物理支持，同時還應該將多種高端計算機分析軟件加以集成，關鍵技術涵蓋著配電網自愈、微電網、柔性交流配電等。

圖3 智能配電網系統圖

2 新能源接入對智能配電網的影響

新能源發電的主要目標是確保電力系統的電量穩步增加，科學的控制電力系統對現有能源的消耗量。目前，新能源的接入被劃分出實際的種類，如并網發電、可離網蓄電以及兩者混合系統。電網的實際接納能力明顯不足的時候，新能源發電并網可以讓電力系統承受著較為明顯的負面影響，實際的問題較多，以下詳細概述。

2.1 電能質量受到的影響

風力發電和光伏發電很容易受到外界因素的干擾，體現出較為明顯的波動性和間歇性的特點，通常配有整流逆變設備以及電力電子設備，甚至產生諧波以及直流分量。諧波電流合理的注入至電力系統之后，通常會讓電網電壓產生明顯的畸變，降低電能的基本質量，使得測量儀表無法準確的使用，還會讓電力系統繼電保護和自動裝置誤動作，威脅到電力系統的穩定運行狀態[3]。因為并網電量隨機波動相對明顯，實際的可調節性并不理想，并網階段還會產生較大沖擊電流，從而引起明顯的電壓波動及閃變情況，讓饋線的潮流呈現出顯著地變化，對穩態電壓分布以及無功特性等產生一定的干擾，使得電網出現不可控狀態，相應的調峰容量余度也能明顯增加。新能源發電單元的頻繁啟動過程中，也會讓配電線路的負荷潮流逐步變大，電壓調整的難度明顯提高。

2.2 網損受到的影響

當新能源適當的接入至智能配電網后，配電系統一般會由原有單電源輻射式網絡逐步的轉變為用戶互聯及多電弱環網絡。電網在實際分布形式發生了較為明顯的變化之后，負荷大小和方向均難以合理的預測。整個過程中，會直接的影響網損，除與負載因素存在著密切聯系外，還和系統連接的電源位置及容量大小存在著密切的聯系。

圖4 智能配電網技術模式圖

2.3 實時監控受到的影響

當前智能配電網屬于無源放射形電網，信息采集以及開關的基本操作等相對簡易，在落實科學化監測和控制的過程中，重點是由供電部門統一的執行。新能源接入讓整個過程相對復雜，尤其是在新能源接入之后易產生“孤島”問題，需要進行科學的監測預防。新能源的本電網和主配電網進行分離時，還需向著獨立的配電網加以輸電，由此便會產生上述提及到的“孤島”情況。孤島內部的電壓以及相應的頻率并不能受到電網的控制，如果電壓以及相應的頻率超出了特定的范圍，會直接的影響到用戶設備。負載容量在孤島逆變器容量之上時，會使得逆變器產生過載的問題，從而引發燒毀的情況[4]。

2.4 并網標準的影響

當前，國家并未具備相對統一的新能源發電并網標準，大中型新能源發電并網會受到多種因素的干擾，如電能質量、電網調度及運行等，電網接納能力等多方面技術問題并未獲取明確定論，對于接入系統的有功/無功控制能力等的檢測手段不科學，對控制器、逆變器和輸配電設備等的檢測尚不完善。在大中型新能源并網系統發展階段，電網的接納能力和電量調度運行等多個方面面臨著嶄新的要求。

3 新能源接入智能配電網的相關建議

新能源接入智能配電網的過程中，可以適當的摒棄傳統方案的束縛，無需構建配電站，適當的控制了相應的成本，減少了接入點的基本傳輸功率，增加輸電裕度，減輕了負荷壓力，強化了調節的性能，使得線路損耗得以維持。智能配電網還涉及到數據自動采集應用以及相關信息的雙向傳輸，借助于可靠地監控分析過程，使得智能配電網得以有效的監管。

3.1 實現智控模式下的有序充電

電網智能控制模式也被稱作是V1G模式，電網智能化程度一般。在合理運用新能源的過程中，通過適當的接入智能配電網實現單向電能交換，也就是在允許的時間段內合理的充電時，但無法及時的對電網反饋電能。此類模式的科學使用，可以將新能源的優勢之處充分的體現，促使著響應速度明顯提高，依照電網負荷特性科學安排充電的時間，強化配網供電效率以及實際的經濟性。

3.2 雙向互動模式下有序充電

雙向有序充放電模式也被稱作是V2G模式，主要是將電網的交流電變為直流電，以便實現充電的目的，將電池中的直流電反向變為交流電，以此實現對電網的科學供電，實現削峰填谷。這種模式可以有效增強電網自身的調節能力，對于用電高峰和低峰的差值進行調節，智能化的運行模式科學減小電網峰谷差[5]，使得智能配電網穩步運行起來。

3.3 改善電網實際的負荷特性

電網的負荷特性能夠產生十分重要的影響，應該對其適當的改善。智能配電網中，負荷峰谷差較大，當面對著電網負荷高峰時段時，應該擁有足夠容量的電廠科學的調節負荷的實際變化狀態，當低谷時，應該合理運用閑置容量，避免出現浪費的問題。但是整個工作開展的階段，受到多種因素的干擾相對明顯，極易出現資源浪費的情況。運用新能源接入智能配電網的手段，可以讓資源有效的節省，縮小電網的峰谷差，起到理想化的移峰填谷的效果。適當的減少電網負荷的波動，強化電網設備的基本利用率，合理延緩電網投資，提升電網供電的具體效率及供電經濟性。

3.4 參與電網頻率調節過程

在智能配電網運行的過程中，應該積極的重視新能源接入后的相關調試情況，結合具體的應用標準及要求，確保電網頻率以及其他指標等維持在合理的范圍中。電網應該積極的運用調整頻率的方式，合理的滿足負荷以及系統功率的實際平衡狀態。新能源接入智能配電網之后，在特定的模式之下，可以運用低谷時完成充電，用電高峰時則會放電，及時的替代了以往傳統的電廠調頻模式[6]。在新能源大規模接入智能配電網之后，可以保證電網調頻的高效性以及經濟性。

3.5 促進新能源分布式發電消納

智能配電網包含著一些基本功能，如新能源接入功能、雙向通信網功能等，在實際運用的時候，可以適當的將智能配電網模型加以構建，方便后續研究分析新能源供用電接入對智能配電網的綜合影響，對配電網各組件的監控以及最優供用電組合。新能源發電體現出隨機性較強的特點，同時也有著明顯的波動性，可直接的影響到電網和穩定運行，不利影響十分顯著。可以適當的借助于新能源充電負荷可控的基本特征，將新能源分布式電站、電動汽車充電站等組成微網之后并網，合理的減小隨機性的干擾，確保電網可以穩定的運行。

4 結論

在微網、物聯網技術飛速發展的進程中，未來智能配電網也開始融入了新能源，確保負荷側的交互順利實現，支持多元化電源靈活接入。新能源接入的智能配電網，其中一個最主要的優勢是十分便捷，不必受空間的束縛和限制，實現了即插即用。在本文的概述中，明確了新能源接入對配電網實際的影響，并提出了相關的建議，旨在為具體工作的開展提供借鑒。