計及新能源的電網多場景規劃分析

劉奕瀅

（廣東電網有限責任公司潮州供電局，廣東 潮州 521000）

0 引 言

風力發電具有隨機性、波動性、間歇性等特點，可控難度較高，接入電網的過程中很容易由于負荷不均衡導致電網電壓波動、峰值波動以及潮流波動等，嚴重影響了電網的安全效益和經濟效益。尤其是在大規模風電接入后，電網規劃必須充分考慮風力發電綜合系數、需求側資源、儲能系統配置，使其能夠處于安全、穩定狀態，為我國新能源電網的建設和發展奠定良好基礎。

風力發電系統主要利用風電機組將風能轉化為電能，其主要包括風輪、發電機、控制器、逆變器以及電池組等。21世紀初，我國開始重視風力發電，在西南部地區大規模進行風電并網，有效緩解了上述地區的用電危機。同時，風力發電還減少了傳統能源的損失，可實現零污染排放。

根據國家能源局2017年發布的《關于加快推進分散式接入風電項目建設有關要求的通知》中的各項要求，廣東省潮州市于2017年起開始大規模風電并網，主要采用分散式接入110 kV或66 kV降壓變壓器及以下等級的配電器方式。到2019年底，風電裝機總量約為500 MW，約占總裝機規模的11.51%。上述就地分散式接入模式符合本地區中低壓電網特征，減小了輸配電半徑，在一定程度上提升了電網經濟效益。

但受風電隨機性、波動性以及間歇性的影響，分散式風電系統接入后，電網電壓、潮流、線損等均發生明顯變化，因此需針對不同場景實現有效規劃，以改善電網末端電能質量。

1 新能源接入對電網運行的影響

1.1 對電網電壓的影響

電網運行過程中對電壓等級要求較高，需維持在標準范圍內，才能夠保證用戶用電質量。分散式風電接入后，受天氣因素和技術因素等影響，風電會呈現間歇性、隨機性，從而造成電網電壓隨之波動[1]。尤其是在風速大小變化情況下，產生的電壓大小也會改變，接入后電網電壓波動明顯加劇，嚴重時甚至引起用電測裝置損壞，給區域安全用電帶來惡劣影響。同時，風速的變化還會導致電網潮流發生改變，引起無功損耗加劇，這在一定程度上也影響了電網電壓的穩定性，在電網規劃過程中需全面考慮。

1.2 對電能質量的影響

分散式風電接入的形式主要采用就地模式，其接入距離一般靠近負荷中心，運行過程中受逆變器和補償器等影響，非常容易產生電力諧波，嚴重時甚至造成啟動電壓閃變，影響了電網的安全運行。某時段檢測分散式風電接入引起電壓閃變的情況如表1所示。

表1 分散式風電接入引起的電壓閃變情況

為增強分散式風電接入的可靠性和經濟性，在并網時必須設置消諧裝置，抑制由風力波動引起的諧波。

1.3 對電網運行的影響

分散式風電接入過程中應根據繼電保護情況、自動重合裝置等做好接入點選擇和保護裝置的設計，這樣才能夠最大限度保障電網的安全性能和可靠系數。在繼電保護方面，分散式風電接入時往往靠近用電側，此時風電機組可視為“電源”。若電網線路發生短路故障，風電機組仍可向用電側提供電能，進而使繼電保護裝置拒動或誤動，如圖1所示。

圖1 分散式風電接入對繼電保護的影響

在上述過程中，變電站D、變電站E之間K4處發生短路故障后，線路短路保護，斷路器4斷開。風電接入后，K4故障后線路末端仍帶電，此時斷路器3的保護范圍可能延伸到變電站D、變電站E之間的線路，導致繼電保護失效。

在自愈控制方面，分散式風電接入后容易使電網電壓潮流發生變化，尤其是在區域故障后。此時若分散式風電機組保護未動作，則會直接產生孤島效應，進而影響故障重合自愈效果，因此在現階段新能源接入后的電網規劃過程中要做好這方面的防范[2]。

2 計及新能源的電網多場景規劃方案

2.1 總體方案

計及風力發電的電網多場景規劃過程中必須充分考慮不同分散式風電機組現狀，針對不同待接入風電系統的特性和負荷特征，確定電網負荷參數，形成合理優化和選址調整，如圖2所示。

圖2 基于風力發電的電網多場景規劃方案

從電網狀態、區域用電等數據出發，預測未來用電量需求，針對分散式風電接入后的出力狀況和調峰補償等確定區域電力負荷。利用電網架構、功率裝置等確定電網有功功率和無功功率的潮流變化，并根據繼電保護需求和自愈控制要求等合理選址，保證分散式風電接入的安全性、可靠性以及有效性。根據風力發電的隨機性、波動性，風能利用的有效性、科學性等，判斷電網規劃是否實用、有效、經濟，實施調整和優化。

2.2 規劃策略

2.2.1 考慮風電綜合系數

分散式風電接入電網時必須在安全指標和可靠指標基礎上做好風電綜合系數的設置，進行電網負荷調整和優化，以實現經濟效益的最大化[3]。因此，設計過程中應從線路成本和風電利用率出發，構建不同場景下的電網規劃模型，如表2所示。

表2 分散式風電接入電網的規劃策略

2.2.2 考慮用電側電能質量

分散式風電接入電網的過程中要充分考慮用戶用電情況，針對電網中的電能指標合理進行資源設置和分配。例如，在電力用戶生產階段，應根據用電峰谷平情況對風電機組容量進行合理設置。生活用電多在“峰”段時，大規模生產用電可適當調整在“谷”段，風電機組容量應符合峰值用電要求，且留有10%～20%的電量裕度，以保證電網安全、經濟運行[4]。在遠距離供電過程中，可適當多點接入，減少遠距離輸電造成的線損，保證輸配電效益滿足電力需求。必要時還需要在分散式風電接入中設置孤島保護，適當設置無功補償，以保證用戶用電質量，提升用戶用電滿意度。此外，還做好電能使用規劃，全面控制分散式風電接入過程中的能量損耗問題，從日常工作出發加大負荷管理，改善用戶電能質量。

2.2.3 考慮電網儲能系統

分散式風電接入過程中，由于風力的不可預測性，在規劃過程中必須做好儲能裝置的設置，利用該裝置吸收瞬時風電負荷，在儲能后實現平穩、持續輸出，從根本上減小分散式風電接入中瞬時負荷對電網產生的沖擊[5]。

儲能系統配置過程中可在考慮風險綜合系數的模型基礎上進行選址定位和容量設計，以保證其儲能效果符合各項功能實際。為使確定過程得以簡化，還可根據實際情況進行編碼，采用遺傳算法求出儲能系統構建中的關鍵參數。

3 結 論

分散式風力發電接入電網的過程中應充分考慮風電對電網電壓、電能、繼電保護等的影響，依照用戶用電需求、安全運行需求等做好規劃設計。尤其是在容量設計、孤島保護、儲能設置等過程中，應充分考慮安全指標、可靠系數及經濟效益，構建科學電網規劃模型，形成最佳決策方案，保證電網安全穩定的同時，實現分散式風電接入電網效益的最大化。