大規(guī)模間歇性新能源并網(wǎng)控制技術(shù)綜述

南京工程學(xué)院 211167

摘要：大規(guī)模、間歇性的新能源并網(wǎng)運(yùn)行協(xié)調(diào)控制技術(shù)可以有效地緩解電網(wǎng)消納與新能源發(fā)電兩者之間產(chǎn)生的矛盾，是促進(jìn)新能源的開(kāi)發(fā)與利用的有效方法之一。但是電網(wǎng)的消納能力也必須要隨著新能源開(kāi)發(fā)與利用的迅速發(fā)展而快速提升，所以，對(duì)新能源并網(wǎng)控制技術(shù)的研究必須要更加地深入，而這需要高校、科研院所、電網(wǎng)公司等多方面長(zhǎng)期、共同的努力。本文主要對(duì)大規(guī)模間歇性新能源并網(wǎng)控制技術(shù)作了分析與綜述。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模；間歇性；新能源；并網(wǎng)控制技術(shù)；綜述

近幾年以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)在間歇性可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用方面得到了非常大的進(jìn)步，光伏與風(fēng)力發(fā)電站得到了迅猛發(fā)展，并迅速成為了在火電站與水電站之后的第三大供電來(lái)源。但在間歇性可再生能源不斷的發(fā)展過(guò)程中也出現(xiàn)了很多問(wèn)題，例如光伏與風(fēng)力具有不確定性、隨機(jī)性，容易產(chǎn)生“棄光”“棄電”現(xiàn)象，造成嚴(yán)重?fù)p失；負(fù)荷中心多建在西北、東北地區(qū)，而這些地區(qū)的電網(wǎng)消納能力不夠，電力送出通道資源也比較有限。

1.大規(guī)模間歇性新能源并網(wǎng)問(wèn)題

1.1影響電網(wǎng)穩(wěn)定特性

在并網(wǎng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)發(fā)生電壓轉(zhuǎn)速越限或電壓越限，風(fēng)電機(jī)組就有可能因?yàn)楸Ｗo(hù)動(dòng)作的發(fā)出而跳閘，從而導(dǎo)致了并網(wǎng)控制系統(tǒng)的大量風(fēng)電功率突然失去的二次沖擊。在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)、故障清除之后的前期，雙饋風(fēng)電機(jī)組被大量接入并網(wǎng)控制系統(tǒng)，雖然可以使其同步風(fēng)電機(jī)組功率的極限得到提高，但其功率極限會(huì)在故障清除之后的中后期迅速降低，所以這種方式對(duì)同步機(jī)組的功角快速恢復(fù)穩(wěn)定具有不利的影響。所以，高電壓、大容量的大規(guī)模間歇性新能源并網(wǎng)會(huì)在一定的程度上影響電網(wǎng)穩(wěn)定特性。

1.2電壓?jiǎn)栴}突出

在間歇性新能源開(kāi)發(fā)與利用的發(fā)展初期，場(chǎng)站的容量小、數(shù)量少，而且處于電網(wǎng)系統(tǒng)的末端，所以其電壓?jiǎn)栴}的影響僅僅局限于其場(chǎng)站內(nèi)部，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的的影響非常有限。但是，隨著新能源的不斷不斷發(fā)展，電網(wǎng)系統(tǒng)中大規(guī)模間歇性新能源的所占比例逐漸加大，所以其給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)了的電壓?jiǎn)栴}不可忽視，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。大規(guī)模間歇性新能源的集中并網(wǎng)、功率集中輸出，有可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的靜態(tài)電壓失去穩(wěn)定性；在沒(méi)有發(fā)生故障的時(shí)候，因?yàn)轱L(fēng)電、光電的電力輸出具有不確定性、波動(dòng)性與隨機(jī)性，從而導(dǎo)致了電力輸送電流的不穩(wěn)定、無(wú)功需求的變化速度快與幅度大，造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象；在電網(wǎng)系統(tǒng)中的某一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)站發(fā)生故障造成脫網(wǎng)問(wèn)題的時(shí)候，因?yàn)闊o(wú)功補(bǔ)償設(shè)備與線路輕載沒(méi)有做出及時(shí)、快速的動(dòng)作，在故障切除后造成了區(qū)域電壓的“驟升”現(xiàn)象，進(jìn)而形成了附近的風(fēng)電場(chǎng)站因?yàn)檫^(guò)電壓保護(hù)發(fā)出的動(dòng)作產(chǎn)生連鎖脫網(wǎng)的狀況，導(dǎo)致大規(guī)模的連鎖脫網(wǎng)故障的出現(xiàn)，造成了大量的損失。

1.3大規(guī)模新能源的送出受限

大規(guī)模間歇性新能源的送出受限是電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期、普遍存在的問(wèn)題。我國(guó)在對(duì)新能源基地進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)時(shí)，主要考慮的因素是當(dāng)?shù)氐耐恋乩脳l件、基礎(chǔ)設(shè)施條件與間歇性新能源的情況等方面，對(duì)于當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)建設(shè)比較落后、電網(wǎng)的送出能力受限等因素沒(méi)有進(jìn)行充分考慮到。在新能源發(fā)展初期，大多數(shù)新能源電站群處于電網(wǎng)系統(tǒng)的末端，接入的也是相對(duì)薄弱的電網(wǎng)架構(gòu)，而之后的大規(guī)模風(fēng)電集中接入使各類穩(wěn)定問(wèn)題遭到了加劇，從而導(dǎo)致了大規(guī)模新能源的實(shí)際送出能力比其額定送出功率低的問(wèn)題。

2.大規(guī)模間歇性新能源并網(wǎng)控制技術(shù)

大規(guī)模間歇性新能源在并網(wǎng)時(shí)面臨著許多問(wèn)題，同時(shí)這些問(wèn)題在很大的程度上限制了新能源的發(fā)展。目前我國(guó)的許多大型的新能源基地紛紛在不同的程度上出現(xiàn)了“棄光”“棄電”現(xiàn)象。面對(duì)這種問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)大規(guī)模間歇性新能源并網(wǎng)控制技術(shù)的研究，可以有效地緩解電網(wǎng)消納與新能源發(fā)電兩者之間產(chǎn)生的矛盾，促進(jìn)新能源的開(kāi)發(fā)與利用。

2.1協(xié)調(diào)控制儲(chǔ)能與新能源

間歇性新能源具有不確定性與隨機(jī)性，而且就目前來(lái)說(shuō)，不精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)新能源的功率，從而加大了新能源的電網(wǎng)調(diào)度控制難度，在很大的程度上制約了新能源的快速發(fā)展。而儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，為解決新能源的并網(wǎng)問(wèn)題探索出了新的渠道。近年來(lái)，相關(guān)研究單位在這一方面做出了一些探索。首先，在儲(chǔ)能與大規(guī)模新能源聯(lián)合發(fā)電的協(xié)調(diào)控制這一方面，有的設(shè)計(jì)出一種以協(xié)調(diào)控制為輔、分散控制為主的控制模式；有的提出了一種涉及到風(fēng)險(xiǎn)約束的廣域協(xié)調(diào)調(diào)度方式，即廣域協(xié)調(diào)常規(guī)機(jī)組、儲(chǔ)能與間歇性新能源。其次，在儲(chǔ)能技術(shù)在新能源并入電網(wǎng)中的應(yīng)用應(yīng)用方面，有的提出有效地利用儲(chǔ)能與大規(guī)模新能源聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，優(yōu)化風(fēng)電、光電爬坡率，來(lái)滿足國(guó)家有關(guān)于新能源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)風(fēng)電、光電有功功率變化方面的規(guī)定；有的則考慮到在未來(lái)風(fēng)電、光電的功率波動(dòng)對(duì)儲(chǔ)能的充電、放電行為產(chǎn)生的影響，從而提出了超前控制的方式，在控制風(fēng)電、光電功率的短期波動(dòng)方面具有很好的效果。有的研究則提出使用由蓄電池和超級(jí)電容組成的儲(chǔ)能來(lái)對(duì)新能源在不同時(shí)期的輸出功率波動(dòng)起到抑制作用。雖然由于經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等方面的因素，在電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能還沒(méi)有得到廣泛地、大規(guī)模地應(yīng)用，但其在新能源的并網(wǎng)提出了新的思路。

2.2風(fēng)電場(chǎng)站集群有功控制

風(fēng)電場(chǎng)站集群有功控制，指的是在電網(wǎng)安全約束得到滿足的前提之下，控制風(fēng)電場(chǎng)站集群，提高電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力，有利于提高集群的經(jīng)濟(jì)性，在解決由于風(fēng)電控制分散而產(chǎn)生的協(xié)調(diào)困難、資源浪費(fèi)等問(wèn)題方面具有良好的作用，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電利用率的提高。在目前我國(guó)在風(fēng)電場(chǎng)站群的有功控制方面取得了許多研究成果。吉林電網(wǎng)根據(jù)省間聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃和電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)產(chǎn)生的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，再根據(jù)其區(qū)域內(nèi)的不同風(fēng)電場(chǎng)站內(nèi)的有功控制對(duì)于電力系統(tǒng)安全約束的敏感性，安排發(fā)電計(jì)劃。

2.3無(wú)功電壓控制

在無(wú)功電壓控制方面，大規(guī)模間歇性新能源基地所遵循的原則是：分區(qū)、分層，就地平衡，無(wú)功電壓控制系統(tǒng)是以無(wú)功設(shè)備的特性和光伏逆變器、風(fēng)電機(jī)組為基礎(chǔ)而實(shí)現(xiàn)其功能的，通過(guò)統(tǒng)籌各種無(wú)功設(shè)備，利用各種無(wú)功設(shè)備之間在性能上的差異，從而將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓控制在規(guī)定范圍內(nèi)，從而可以保證區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)的電壓安全。我國(guó)多所高校都參與研究了無(wú)功電壓控制技術(shù)。我國(guó)著名高校在無(wú)功電壓控制技術(shù)方面提出了以下幾點(diǎn)：第一，無(wú)功電壓控制結(jié)合功率預(yù)測(cè)，將功率預(yù)測(cè)的結(jié)果引入到無(wú)功電壓控制中來(lái)，將不一樣的無(wú)功設(shè)備所產(chǎn)生的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)利用靜態(tài)的、大容量的調(diào)節(jié)設(shè)備，大幅調(diào)節(jié)大規(guī)模間歇性新能源場(chǎng)站中的無(wú)功電壓，補(bǔ)償小幅波動(dòng)的是動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備，使系統(tǒng)在暫態(tài)過(guò)程中也可以提供電壓進(jìn)行并在支撐；第二，在新能源場(chǎng)站群中利用無(wú)功電壓控制的方式，電壓控制的中樞點(diǎn)是場(chǎng)站群的匯集升壓站，起到約束作用的是場(chǎng)站內(nèi)的升壓變壓器所產(chǎn)生的高壓側(cè)電壓，起到出力作用的是場(chǎng)站與協(xié)調(diào)變電站的無(wú)功調(diào)節(jié)裝置，這種方式可以保證整個(gè)區(qū)域內(nèi)的電壓穩(wěn)定。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)大規(guī)模、間歇性的新能源并網(wǎng)運(yùn)行協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究，可以有效地緩解電網(wǎng)消納與新能源發(fā)電兩者之間產(chǎn)生的矛盾，促進(jìn)新能源的開(kāi)發(fā)與利用。

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