新能源大量接入地區(qū)電網(wǎng)的利弊及對(duì)策探討

保定供電公司 胡文麗 崔鴻斌 李士林

1 引言

新能源包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等，是有利于人與自然和諧發(fā)展的重要能源。迫于環(huán)境問(wèn)題及能源供應(yīng)緊張的壓力，新能源的利用迅速發(fā)展，成為能源界不斷壯大的生力軍。新能源在發(fā)電系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展，與大型的發(fā)電廠一起構(gòu)成現(xiàn)在及未來(lái)的電力系統(tǒng)。但新能源有不確定性、不可控性等不可回避的缺點(diǎn)，如何充分利用新能源的優(yōu)勢(shì)，適當(dāng)消除它給電網(wǎng)帶來(lái)的不利影響成為電網(wǎng)業(yè)內(nèi)人士都在思考并想解決的問(wèn)題。

2 保定電網(wǎng)新能源發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，新能源發(fā)電作為一種電源形式不斷地接入保定電網(wǎng)，與大型電廠一起構(gòu)成保定電網(wǎng)的電源支撐。截至目前，保定電網(wǎng)內(nèi)接入的新能源發(fā)電容量已達(dá)到850MVA，占全網(wǎng)負(fù)荷的15-20%，絕大部分新能源為風(fēng)電及光伏產(chǎn)業(yè)。根據(jù)規(guī)劃部們提供的資料，預(yù)計(jì)在今后的幾年內(nèi)，仍有大量光伏、風(fēng)電等新能源持續(xù)不斷地接入保定電網(wǎng)，規(guī)模之大，居河北南網(wǎng)六市之首，這皆得益于與保定西北相鄰張家口地區(qū)強(qiáng)勁的風(fēng)能及保定西部山區(qū)豐富的日照和廣闊的地域。

3 新能源大量接入的利弊分析

3.1 新能源接入地區(qū)電網(wǎng)的有利因素

新能源發(fā)電可以增加電力系統(tǒng)的電量，減少對(duì)一次能源的消耗，是低碳環(huán)保的綠色電力。在電網(wǎng)出現(xiàn)供電短缺的時(shí)期，特別是在夏季或嚴(yán)冬用電高峰時(shí)段電力供應(yīng)不足時(shí)，大量新能源的綠色電力可以從一定程度上降低電力短缺造成的損失。

由于新能源發(fā)電工程投資小、建設(shè)周期短，因此可以分布在電網(wǎng)的各個(gè)角落，接入電網(wǎng)末端的新能源電站可以作為電網(wǎng)有力的電壓支撐，對(duì)提升電網(wǎng)末端電壓起到一定的作用。

3.2 新能源接入地區(qū)電網(wǎng)所帶來(lái)的弊端

新能源發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性、可調(diào)度性差等等一些缺點(diǎn)，因此給地區(qū)電網(wǎng)帶來(lái)的弊端也多由此而來(lái)。保定電網(wǎng)新能源目前以風(fēng)電與光伏發(fā)電為主，本文主要針對(duì)風(fēng)力與光伏發(fā)電總結(jié)如下幾點(diǎn)：

3.2.1 系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題

風(fēng)力與光伏發(fā)電能力由風(fēng)與光的大小、強(qiáng)弱而定，必然具有風(fēng)與光的隨機(jī)性、波動(dòng)性和不可控性的特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電受天氣影響均具有間歇性和波動(dòng)性特點(diǎn)，并網(wǎng)電量隨機(jī)波動(dòng)較大、可調(diào)節(jié)性差，并網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，從而會(huì)引起電網(wǎng)頻率偏差、電壓波動(dòng)與閃變，引起饋線中的潮流發(fā)生變化，進(jìn)而影響穩(wěn)態(tài)電壓分布和無(wú)功特性，使電網(wǎng)的不可控性和調(diào)峰容量余度增大，如果電網(wǎng)中沒(méi)有足夠的調(diào)峰容量，就會(huì)使電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性受到影響。如果風(fēng)電機(jī)組或光伏設(shè)備不具備低電壓穿越性能，并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，極易引發(fā)電網(wǎng)瞬時(shí)故障，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。

3.2.2 諧波與電能質(zhì)量問(wèn)題

由于并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)均配有電力電子裝置，會(huì)產(chǎn)生一定的諧波和直流分量。諧波電流注入電力系統(tǒng)后，會(huì)引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電能質(zhì)量，還會(huì)造成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3.2.3 電網(wǎng)計(jì)算問(wèn)題

在風(fēng)電與光伏大量接入地區(qū)電網(wǎng)后，其對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響越來(lái)越大。但是，目前業(yè)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組與光伏矩陣均沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)范的電源仿真計(jì)算模型，專業(yè)人員不能夠精確的計(jì)算新能源接入電網(wǎng)后電力系統(tǒng)的暫態(tài)電流、電網(wǎng)潮流分布及母線短路電流等，同時(shí)給繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置定值的整定也帶來(lái)不便，專業(yè)人員不能準(zhǔn)確預(yù)判故障發(fā)生后電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，這些都給電網(wǎng)的正常運(yùn)行及事故處理帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.4 電力電量難送出問(wèn)題

隨著新能源不斷地接入保定電網(wǎng)，保定地區(qū)局部的新能源額定容量已經(jīng)超過(guò)該區(qū)域內(nèi)負(fù)荷的需求，必須升壓送出，不得不將該區(qū)域內(nèi)公網(wǎng)的降壓變壓器作為升壓變使用，網(wǎng)絡(luò)損耗增大的同時(shí)也給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)；有些區(qū)域本地用電負(fù)荷較小，外送通道容量有限，若不加以調(diào)節(jié)控制，不久的將來(lái)，上一級(jí)電網(wǎng)的降壓變?nèi)萘考词谷坑脕?lái)上送新能源出力，仍將會(huì)出現(xiàn)棄風(fēng)、棄光、限出力的現(xiàn)象，造成綠色新能源的浪費(fèi)。

以保定市曲陽(yáng)縣是電網(wǎng)為例：曲陽(yáng)境內(nèi)目前已投運(yùn)的110千伏及以下光伏電站總?cè)萘繛?60兆瓦，曲陽(yáng)縣2015年規(guī)劃建設(shè)大型地面光伏電站總?cè)萘窟_(dá)到440兆瓦，連同境內(nèi)110千伏及以下常規(guī)電廠總裝機(jī)容量將達(dá)到500兆瓦。而曲陽(yáng)境內(nèi)僅有一座220千伏變電站--棋盤站，棋盤站的主變總?cè)萘繛?40兆伏安。就地平衡掉曲陽(yáng)縣負(fù)荷后需升壓至220千伏網(wǎng)絡(luò)送出的光伏出力將超過(guò)棋盤站主變的總?cè)萘浚鉀Q這一問(wèn)題，必須在曲陽(yáng)境內(nèi)投資新增主變或變電站，方可滿足光伏出力全部送出，但因投資巨大且涉及多家新能源發(fā)電公司，協(xié)商起來(lái)困難重重，難以解決。

4 對(duì)新能源大量集中接入的對(duì)策及建議

1)新能源給電網(wǎng)帶來(lái)的一系列安全穩(wěn)定問(wèn)題的嚴(yán)重程度與接入點(diǎn)電網(wǎng)的電壓等級(jí)、短路容量、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其控制方法、電源的類型及其并網(wǎng)容量等密切相關(guān)。因此，并網(wǎng)風(fēng)電和光伏等新能源發(fā)電系統(tǒng)除應(yīng)具備一定的并網(wǎng)技術(shù)性能外，還必須要求電網(wǎng)具備足夠的調(diào)峰容量和接納能力，在大量接入新能源的地區(qū)電網(wǎng)配備相應(yīng)容量的常規(guī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰，保證電網(wǎng)穩(wěn)定。同時(shí)要求并網(wǎng)的新能源發(fā)電系統(tǒng)配置有功功率調(diào)整和動(dòng)態(tài)無(wú)功功率調(diào)整控制功能，還需要配置一定的無(wú)功補(bǔ)償，以補(bǔ)償場(chǎng)（站）內(nèi)的無(wú)功損耗。

2)諧波給電能質(zhì)量造成的影響可通過(guò)在新能源發(fā)電設(shè)備附近增設(shè)濾波器等濾波裝置降低系統(tǒng)諧波含量。同時(shí)配置相應(yīng)的靜止或動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置等，以抑制新能源設(shè)備注入電網(wǎng)的諧波含量，提高系統(tǒng)電能質(zhì)量。可在并網(wǎng)點(diǎn)處裝設(shè)電能質(zhì)量諧波監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至電網(wǎng)專業(yè)人員，通過(guò)監(jiān)測(cè)到電能質(zhì)量的水平及時(shí)調(diào)整新能源電站內(nèi)治理諧波的方案。

3)建議電力行業(yè)統(tǒng)一制定風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電設(shè)備的仿真模型標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)范模型的內(nèi)容、參數(shù)、公式等，使之與火電機(jī)組的仿真模型一樣規(guī)范。

4)目前，在地區(qū)電網(wǎng)部分區(qū)域接納能力不足的情況下，大量新能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)給該區(qū)域電力系統(tǒng)帶來(lái)一些不利影響，電網(wǎng)必須控制接入容量在相應(yīng)區(qū)域可控范圍內(nèi)，以最大限度地減小不利影響。另外，也可以積極發(fā)展新能源產(chǎn)地的用電市場(chǎng)，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，擴(kuò)大電力需求，緩解大規(guī)模新能源發(fā)展市場(chǎng)消納能力不足的矛盾。

5 結(jié)論

大力發(fā)展新能源是國(guó)家的重大戰(zhàn)略決策，一種新能源發(fā)電與常規(guī)式發(fā)電的互相補(bǔ)充、相互支持的新型電力工業(yè)體系逐漸形成，將源源不斷的“綠色電能”送到千家萬(wàn)戶，更好地促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)健康發(fā)展。在大規(guī)模新能源發(fā)展方面，保定電網(wǎng)已經(jīng)走在河北南網(wǎng)的前列，如何更好更快地發(fā)展新能源，建立適合大規(guī)模新能源基地的電力協(xié)調(diào)發(fā)展機(jī)制，是需要我們不斷探索的課題，今后我們還需更努力使保定地區(qū)的新能源以科學(xué)、高效的方式可持續(xù)發(fā)展，打造更美好的明天。

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