新能源電力接入對電網規劃的影響及思考

陳曉婷 熊靖

國網益陽供電公司 湖南 益陽 413000

引言

當前，伴隨著國內經濟水平的提高，我國對于能源的需求量隨之持續加大，而在能源利用上，自始至終存在的化石能源枯竭、能源利用率不高、能源開采過度與浪費嚴重等發展亂象，會進一步造成嚴重的環境及發展難題，從而在很大程度上妨礙了社會經濟的健康可持續發展。鑒于此，對于電力系統來講，各類新能源的研究與應用便擁有了更為重大的現實意義，而這也將成為今后一段時間內我國電力系統發展的必然趨勢。

1 新能源的基本概述及新能源電力發展現狀闡述

1.1 新能源的有關概述

像水電、天然氣、石油和煤炭等技術方面早已成型，同時也早就獲得廣泛運用的諸多能源均為常規能源類型。而所謂的新能源，也被叫作“非常規能源”，其具體是指現階段仍舊處于探索研發及初步應用和推廣階段的能源種類，比方說：生物質能、海洋能源、風能、地熱、核聚變能等等。考慮當前各類新能源技術發展水平，電力系統、電網規劃當中最主要的發電形式即為風電與太陽能。

現階段，新能源電力的主要特征如下：第一，新能源中的太陽能發電及風電二者均不具備良好的可持續性與穩定性，由于它們存在較大的波動性，因此無法被當作長期使用的發電輸出源。另外，風電需要按照風速的實際強度來不斷做出調整，不容易保持其長期穩定性；第二，新能源電力中的太陽能發電與風電二者，前者屬于反調峰特征，后者則是正調峰特性，換言之就是說太陽能發電白天的輸出量遠遠超過晚上，風力發電恰恰與其相反。總之，在當前實際接入和運用新能源電力的環節中，相關系統及人員應當充分掌握其特性，進而為更有效的電網規劃提供有力保障，更有效地增強新能源電力的利用率。

1.2 新能源電力發展剖析

作為最近幾年逐漸崛起的新型供電模式，新能源電力在諸多領域范圍內都獲得了更為廣泛的運用，以下具體就益陽地區新能源電力發展的基本狀況展開分析。

益陽地區年太陽總輻射在3700～4500MJ/m2之間，年均日照1348～1772h。各縣區資源均處于“豐富”等級，東北部洞庭湖區年總輻射較高。風能資源較優區域主要集中在西部安化、桃江部分區域及東北部洞庭湖區，地區年平均風速在5m/s至8.5m/s之間。根據《湖南省發展和改革委員會關于全省“十四五”風電、集中式光伏發電項目開發建設有關事項的通知》，益陽市“十四五”風電、集中式光伏項目44個，總裝機455.4萬kW[1]。風電方面。獲批項目15個，裝機115.4萬kW。集中式光伏方面。獲批項目29個，裝機340萬kW。同時，益陽地區的靈活調節資源開發潛力較大，雖暫無電池儲能電站。但“十四五”期間預計將建設集中式儲能電站11座，總容量110萬kW/220萬kW時。另外，安化抽蓄項目已開工建設，裝機240萬kW。鑒于此，風能、太陽能發電資源將是益陽地區發展規模最大、速度最快的新能源。

益陽市負荷曲線呈“W”形狀，全年存在夏冬兩個高峰，最高負荷出現在夏季。2022年，益陽地區統調負荷達到221萬kW，降溫負荷占地區最大負荷比重50%～60%，負荷季節性特性明顯。考慮益陽地形地貌呈北水南山特點，湖區的泄洪區面積大，山地植被覆蓋率高，適合集中連片開發的資源稀缺。風電及光伏開發均需兼顧每年有限的用林、用地等指標，要素保障能力不足，同時，近期國家收緊了水面開發的管控措施，水面光伏開發難度加大。綜合考慮以上項目開發的要素供給不足等影響，益陽地區風能、太陽能發電新能源仍然存在一定的不確定性。

2 新能源電力接入對電網規劃產生的具體影響研究

眾所周知，新能源發電設備難免會存在必然的直流分量以及諧波現象，假如諧波和直流分量流進到電力系統當中后，則勢必會導致電網電壓出現不正常的情況，進一步對電能品質造成不利影響，與此同時還會造成電力系統繼電保護與自動設備存在一定的偏差，在很大程度上阻礙電力系統的安全穩定運作。當然，新能源電力早晚會替代傳統能源，繼而演變為人類生存發展的物質基礎與前提。具體而言，新能源電力的接入對電網規劃存在下列幾方面的重要影響：

2.1 對電網潮流及電網調度的影響

在電網規劃過程中借助各類新能源擁有諸多種形式，譬如說分布接入模式、集中接入模式以及分散接入模式等等，因為新能源存在一定的波動性和隨機性特點，所以會對電網潮流分布模式造成某種意義的影響。除此之外，在電網規劃過程中，電壓、載流等也同樣會對電網潮流擁有嚴重的影響。還有就是把隨機波動、規模大并且呈現分布形式的新能源運用到電網規劃當中，同樣會令電網潮流注入功率展露出多樣化的特點，電網當中的有功分布規律和無功分布規律復雜程度持續加大，如此一來便會對電網損耗的統計與調控等造成巨大壓力。

2.2 對電能品質的影響

在電力系統的日常運作環節中，最根本的目的即為向廣大電力使用者提供優質的電能，具體包含電流質量與電壓質量等，除了會對電網運行的可靠性、安全性造成巨大影響外，還可能會在一定程度上影響到相關系統裝置的使用壽命[2]。鑒于此，在電網規劃的過程中利用新能源接入的途徑，很容易對電力系統電能品質造成重大影響，例如風力發電會對電力系統造成閃變、波動等一系列問題。此外，由于風力發電技術的漸趨完備，慢慢涌現出了不少新型風力發電設施，使得電網的整體運行品質獲得了極大提升。

2.3 對電網安全性和穩定性的影響

在日常的電力領域工作過程中，需要無時無刻地確保電力系統的安全穩定運作。把新能源接入到電力系統當中，相當一部分發電裝置并網運行，使得電網運行復雜程度不斷加大，很可能造成運行環節中的各類安全問題。這樣一來，就需要在適應新能源發展的電網規劃方面，全面慎重的考慮新能源裝置的種類、電網構建規模等要素，對電網運行的穩定性和安全性能等展開模擬仿真與研討。舉個例子，像在風力發電技術的運用過程中，可能會出現低電壓穿越、繼電保護以及孤島問題，因而在開展電網規劃的時候，有關人員需要及時選擇更有效、更具針對性和可行性的舉措，從而更有力的保障電力系統的安全平穩運行。

2.4 對功率平衡的影響

在電力系統的日常運作環節中，維持電能供需平衡是保障電力系統運行可靠性的重中之重。在一般情況下，電網功率平衡壓力主要受到發電機組有功調節水平以及發電輸電零部件故障這兩方面因素的影響。以上兩種影響要素除了對電力系統頻率及電壓的穩定性擁有重要的影響之外，其對于電力系統調頻與調峰的需求往往也會很高。

3 新能源電力接入背景下電網規劃的有效策略研究

3.1 強化技術研發力度，努力掙脫新能源產業的有關束縛

現階段，國內新能源產業領域存在的主要瓶頸即為研發和技術此兩個方面，要想更有效的保證我國新能源產業投入方面的穩步增長，令新能源產業可以呈現出健康、可持續發展的良好態勢，就需要相關人員在科學借鑒國外先進技術與設備的基礎上，更多地融入和應用自動控制、大數據等各項新型技術，盡可能的削減發電成本、提升上網電量、延長電力設備的使用壽命、提高電廠以及新能源項目全生命周期的經濟效益。建議從規劃源頭入手、從數字化建設發力，有力提升電網柔性，促進源網荷儲協同發展。將概率統計與益陽地區發用電特性相結合，引入生產模擬軟件開展地區電力電量平衡分析，整合本地源網荷儲資源，開展特性分析，實現益陽地區新型電力系統一體化規劃，研究柔性互聯、虛擬電廠、并網型微電網等新型電網技術在益陽電網的示范應用。適應分布式電源、主動配電網、微電網、多元負荷規模化發展需要，配置智能終端設備，有力推動配電網智能化、數字化升級，提升負荷對間歇性發電的主動感知及響應能力，實現源網荷儲統一調控和系統內各元素間的協調互動，增強就地就近平衡消納能力。

3.2 高位推進頂層設計，提升地區電網新能源消納水平

對新能源協同發展進行電網規劃，其主要目的在于構建起能夠合理消納新能源的電網。建議加快建立適應新能源發展的電網規劃技術導則和技術標準，深入分析電力系統備用能力、調頻能力、調峰能力，系統分析電網的傳輸能力，科學規劃擁有較強消納水平的電網網架，深入開展新型電力系統建設方案研究[3]。聚焦沅江、南縣等地的電源送出卡口問題開展專項研究和電網送出通道建設。利用先進的通信及控制技術，試點開展虛擬電廠、并網型微電網建設，實現新能源和負荷的有效聚合和科學利用，提升新能源集群集控和消納水平。優化布局儲能建設，推進社會資本在沅江、大通湖、南縣等新能源富集區建設源、網側集中式儲能電站，盡快完善市場機制，鼓勵新型儲能作為獨立市場主體參與中長期、現貨、輔助服務等各類電力市場獲取收益。

3.3 高效利用存量資源，實現多能互補

在平時的作業過程中發現，很多地區普遍存在著能源條件優越、地質條件較差的現象。益陽地區擁有煤電、水電、風電和光伏等多類資源，具有能源綜合利用優勢和潛力，可因地制宜打造不同特色、不同層級的多能互補模式。鑒于此，建議風電、光伏發電資源優先向已建成的水電站、火電廠配置，形成多能優勢互補，降低風光出力波動對電網影響，實現資源最大程度的協同運行，提升送出通道利用效率。同時，在洞庭湖區合理布局儲能，依托華容電廠，打造“風光火儲”多能互補基地；發揮資水流域各級水電廠及益陽電廠的調節性能，合理布局儲能及抽水蓄能，建設“水火風光儲一體化”綜合開發基地，統籌開展優化調度，最大限度消納本地新能源。統籌基地項目匯集站及送出通道建設，降低開發成本，避免資源碎片化、低效化開發。

3.4 強化對電網調度控制系統的運用力度，搞好安全培訓教育工作

一方面，在現代化電力系統的優化調度中引入自動化控制系統是未來發展的必然趨勢，而對于控制系統的應用不僅能夠達到各信號間的靈活、實時傳輸，也有助于及時發現與解決各類問題。從某種意義上來講，此系統技術與理論的引入還能發揮規范相關工作者操作行為、約束調度工作者的效用；另一方面，要想更有效的降低調度事故發生的頻率，就需要搞好相關的安全教育培訓工作，并將更多的現代科技力量恰當地運用到實際的調度作業過程中，在提升調度人員專業技術能力的同時，保障電網規劃運行的順利有序。

4 結束語

綜上所述，新能源電力接入對于電網規劃來說具有重要影響。目前，新能源電力接入依舊存在一系列亟待解決的問題，比如其可行性與安全性得不到較為有效的保障等。因此，必須進一步加強對新能源電力接入問題及有關技術的研究開發，打造專業過硬的技術支撐團隊，建立健全內部管理機制和外部協作機制，形成政府、電源企業、電網公司協同高效的“三維一體化”新能源建設管控新模式，統籌開展要素保障、消納分析、電網補強、項目并網、項目建設管理等工作，科學推進新能源發展，更快更好的提高電力新能源的應用水平。