智能電網對電力系統穩定性的影響

王 鵬/新疆鐵道職業技術學院

智能電網對電力系統穩定性的影響

王 鵬/新疆鐵道職業技術學院

現代電力系統由于大量具有波動性的可再生能源接入以及日益活躍的需求側推動電力工業朝智能電網的目標逐步推進。智能電網的出現對已有的電網安全穩定分析與控制帶來較大影響。本文介紹了中國智能電網的發展、目標和特征，討論了在智能電網環境下電力系統安全穩定分析與運行、智能調度、大規模風電接入、分布式發電所帶來的新問題。

智能電網；穩定性分析；穩定運行；分布式發電；需求側響應

隨著全球資源環境壓力的不斷增大，電力市場化進程的不斷推進及用戶對電能可靠性和質量要求的不斷提升，要求未來的電網必須能夠提供更加安全、可靠、清潔、優質的電力供應，能夠適應多種能源類型發電方式及客戶自主選擇的需要。為此，世界各國都提出要建設靈活、清潔、安全、經濟、友好的智能電網，并將智能電網視為未來電網的發展方向。

到目前為止,智能電網還沒有一個統一而清晰的定義，還處于研究的初期階段。我國正處于經濟高速發展時期，負荷增長快且能源分布不均，電網結構也比較薄弱，變化快。所以我國智能電網的研究重點是加快建立特高壓骨干網架，運用大量新技術提高電網的安全穩定水平。

1.智能電網建設

各國根據自己的實際情況正在建立適合國情的智能電網，中國的智能電網建設相對較晚，但目前已經取得重視并提出了自己的發展目標和規劃。

1.1中國智能電網

我國對于能夠降低化石能源消耗、節能減排的智能電網需求非常迫切。按照規劃，我國2010年風電裝機將達到3500萬kW，2020年風力、太陽能等可再生能源的發電裝機容量將達到總裝機容量的16％，2050 年風力、太陽能等可再生能源的發電裝機容量將達到總裝機容量的30％。如何適應大規模可再生能源發電的高速發展是我國建設智能電網面臨的一個重要問題。

結合國際電網技術發展方向和我國電網發展特點，國家電網公司重點組織開展了新型能源接入、特高壓輸電、大電網運行控制、數字化變電站與數字化電網、靈活交直流輸電及儲能、電網防災減災與城鄉電網安全可靠供電、電網環保與節能等方面的研究，在特高壓輸電技術、電網廣域監測分析保護控制技術、電網頻率質量控制技術、穩態/暫態/動態三位一體安全防御技術和自動電壓控制技術等方面處于國際領先地位。

1.2智能電網的特點

中國智能電網的特征是信息化、數字化、自動化、互動化，簡稱 “四化”。信息化就是各種實時和非實時信息的高度集成、共享和利用；數字化就是電網對象、結構及狀態的定量描述和各類信息的精確高效采集與傳輸；自動化就是電網控制策略的自動優選、運行狀態的自動監控和故障狀態的自動恢復；互動化就是電源、電網和用戶資源的友好互動和協調運行。

2.智能電網對系統穩定性的影響

和傳統電網相比，智能電網更關注系統中信息的傳輸、分析和利用。它能優化各級電網的控制，構建結構扁平化、功能模塊化、系統組態化的柔性體系架構，并通過集中與分散相結合的方法，靈活變換網絡結構、智能重組系統架構、最佳配置系統效能，使電網服務質量得到優化。而分布式電源的接入，其間歇性和不確定性給電網供電造成很大的影響，使得配電網絡的結構和潮流更復雜。

2.1智能大電網骨架的安全穩定控制

中國的智能電網要求根據超高壓電網形成的過程規律和特高壓輸電的作用，以及國家發電資源和負荷中心的地理分布特點，加快建設以特高壓電網為骨干網架的國家電網。

2020年前為特高壓建設的高峰期，也是形成特高壓電網的過渡期。在此期間電網結構變化很快，在制定控制策略時應考慮時空的協調。時間協調是指所制定的控制策略應盡量滿足電網結構隨時間變化的需求。空間協調是指電氣距離相近的控制裝置間應協調優化。

2.2智能電網中的安全穩定分析軟件

智能調度是智能電網的重要組成部分。與傳統的安全穩定分析軟件相比，智能電網環境下的電力系統安全穩定分析與預防控制軟件系統還應該具有以下功能：

1）進行量化分析，給出各種狀態的安全穩定裕度；

2）快速的篩選、處理、分析大量的數據，滿足在線分析的需求；

3）動態監視電網的運行狀態，并提供各種直觀、準確、方便的可視化表現手段；

4）發現各種潛在的安全威脅，提供各種安全威脅發生后的控制策略和控制后的安全穩定裕度；

5）在線監視和分析低頻振蕩，實時監控振蕩模式的變化；

6）對電網的各種擾動精確的識別；

7）具有自動調整和優化功能，當監測到一個運行方式穩定裕度過低時，能自動地做出調整使穩定裕度更高，并將調整過程和結果顯示給調度人員。

2.3分布式電源的接入

智能電網的一個重要特點是電源結構的多元化，隨著智能電網的不斷建設，分布式電源將越來越多的接入系統。它們最終將實現所有電壓等級上的互聯，實現“即插即用”。

分布式發電的特點是：

1） 安全、高效、經濟、環保，是供電安全防護和應急處理的理想設施；

2） 投資少、回收快。

分布式電源的接入可以減少對外來能源的依賴并在故障時繼續供電，提高供電可靠性。但隨著分布式發電在智能電網中占比越來越大，和其自身容量的增大，將給區域電網的安全穩定分析帶來影響。因此還需研究如下問題：

1）對各類分布式電源的并網標準做進一步研究。

2）對各類分布式電源的建模方法、參數選取做進一步研究。

3）分析各類分布式電源的靜態和動態特性。

4）對地區電網中的大量分布式電源的等值方法進行研究。

2.4大規模風電接入對系統穩定性的影響

風能具有隨機性、波動性的特征，其大范圍的波動會對系統運行產生巨大影響。從靜態來講，可能會存在由潮流的大范圍轉移造成的靜態電壓穩定性或者線路阻塞等問題，而從動態的角度考慮，可能會導致短路容量增加、系統暫態穩定性發生變化等等。此外，風電場往往處于偏遠地區，本身電網薄弱可能會加重其對穩定性的影響。

2.5需求側響應

需求測響應（DR）是智能電網中在用戶層級上的應用，通過電價或某種激勵方式，在市場電價較高或者系統運行可靠性較低時引導用戶配合改變正常用電方式，減少用電需求。其理想形式是“虛擬發電廠”，此形容指負荷可以像發電廠一樣為系統提供調節能力，同時其調節控制可像發電機組一樣的準確可控。而這就需要與智能電網的發展相結合，從根本上提升控制技術。

通過發展高效可靠的DR控制手段可對電網的運行管理起到如下作用：

1）通過負荷的平移，減小峰谷差，提高電力設備利用率，改善資產管理，同時降低或者緩解電價；

2）提供調頻能力，平抑可再生能源接入引起的波動，改善電能質量，同時降低網損；

3）提供緊急備用，取代部分旋轉備用容量，減少停電間隔和停電頻率，有效地消除區域性大停電。

DR 也是緩解系統短期容量短缺和延緩電網升級投資的有效手段，尤其是在可再生能源發電滲透率快速提高的情形下，通過 DR來應對可再生能源出力的波動和參與輔助服務具有很大的發展潛力。

3.總結

我國智能電網發展的總體目標是以特高壓網為骨干網架、各級電網協調發展的電網為基礎，利用先進的通信、信息、和控制技術，構建以信息、數字化、自動化、互動化、為特征的自主創新、國際領先的智能電網。

為了建成這樣的智能電網，電力系統必須進行根本性變革。隨著智能電網的發展，特別是分布式電源的大規模接入，電網的結構特征、運行方式和能源結構都將發生很大的變化。這給傳統的電網的穩定運行提出了很大的挑戰，也說明傳統的穩定性分析方法不再適用，需要研究適應電網發展的新方法，確保智能電網的順利建設和運行。

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