基于新能源協(xié)同發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)探討

朱思,姜浩濰

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽 110086；2.遼寧省實驗中學(xué)營口分校，遼寧 營口 115000）

我國的新能源發(fā)展很快，尤其是光伏和風(fēng)電。在電網(wǎng)規(guī)劃中要考慮到新能源的協(xié)同發(fā)展，促進新能源有序建設(shè)、合理規(guī)劃，避免新能源大規(guī)模接入對電網(wǎng)的沖擊性影響，提供電力企業(yè)的投入產(chǎn)出效益，更好的促進新能源可持續(xù)發(fā)展。

1 新能源概述

1.1 新能源的含義

常規(guī)能源是指技術(shù)上已經(jīng)成熟，并且已經(jīng)得到推廣的能源，如大中型水電、天然氣、石油以及煤等都屬于常規(guī)能源。新能源指的是除去常規(guī)能源之外的多種能源形式，又可以稱為非常規(guī)能源，是當(dāng)前正在積極研究、正在開發(fā)利用的仍處于推廣狀態(tài)的能源，例如核聚變能、生物質(zhì)能、海洋能、風(fēng)能、地?zé)崮芤约疤柲艿取?/p>

1.2 當(dāng)前主要的新能源形式

根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平，電力系統(tǒng)、電力規(guī)劃中以太陽能發(fā)電與風(fēng)電發(fā)電為主要發(fā)電形式。我國高度重視太陽能發(fā)電技術(shù)，不斷加大對這種新能源的規(guī)劃、研究與應(yīng)用，由于相關(guān)政策的支持，2013年后我國的光伏發(fā)電呈現(xiàn)跨越式發(fā)展。就風(fēng)力發(fā)電而言，世界各國都較為重視這一風(fēng)能的重要利用形式。近年來我國的風(fēng)電也呈現(xiàn)出迅速發(fā)展的趨勢。對風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)以及形式的關(guān)注程度正在不斷加大，一系列研究也隨之展開，呈現(xiàn)出不斷深化、提高的發(fā)展趨勢。總的看來，各種新能源都具有廣闊的發(fā)展空間與重要的應(yīng)用價值，隨著科學(xué)研究的不斷加深，這些新能源在各個領(lǐng)域中都將發(fā)揮極高的應(yīng)用價值。

2 新能源接入對電網(wǎng)的影響

新能源的發(fā)電出力特點是具有極強的隨機性，新能源并網(wǎng)后，一旦出現(xiàn)出力變化，將引起電網(wǎng)發(fā)生頻繁波動的潮流，影響電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度、電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟性、可靠性及安全性。

2.1 對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響

如果地區(qū)電網(wǎng)足夠強壯，則系統(tǒng)發(fā)生故障后，風(fēng)電機組或光伏電站在故障清除后能夠恢復(fù)機端電壓并穩(wěn)定運行，地區(qū)電網(wǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性便能夠得到保證；如果地區(qū)電網(wǎng)較弱，則風(fēng)電機組或光伏電站在系統(tǒng)故障清除后，無法重新建立機端電壓，風(fēng)電機組運行超速失去穩(wěn)定，就會引起地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的破壞。

2.2 對電網(wǎng)潮流的影響

光伏電站、風(fēng)電等新能源，尤其是大容量的風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)后，風(fēng)電場向系統(tǒng)發(fā)出有功功率，吸收無功功率，改變了傳統(tǒng)的電源功率單向流動的特點，因此在電網(wǎng)規(guī)劃中，有必要研究新能源電源接入電力系統(tǒng)后的潮流。

2.3 對電網(wǎng)調(diào)度的影響

傳統(tǒng)的發(fā)電計劃基于電源的可靠性以及負荷的可預(yù)測性，以這兩點為基礎(chǔ)，發(fā)電計劃的制定和實施有了可靠的保證。但是系統(tǒng)內(nèi)含有風(fēng)電場或光伏電站，其出力有極大的隨機性，如果把風(fēng)電場或光伏電站看作負的負荷，很難準(zhǔn)確測定；如果把風(fēng)電場或光伏電站看作電源，可靠性沒有保證。一般而言，地區(qū)負荷特性往往與風(fēng)電場風(fēng)電功率特性相反，稱之為風(fēng)電的反調(diào)峰特性，導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)電接入后往往會增加電網(wǎng)調(diào)度的難度，需要電網(wǎng)留有更多的備用電源和調(diào)峰容量，這將給電網(wǎng)帶來附加的經(jīng)濟投入，增加電網(wǎng)運行的費用。

3 做好新能源協(xié)同發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃

電網(wǎng)規(guī)劃是一項相對復(fù)雜的工作，在進行規(guī)劃的過程中，不僅需要考慮到電網(wǎng)的需求，還應(yīng)該考慮到新能源的消納能力和電網(wǎng)系統(tǒng)輸電容量。在新能源與電網(wǎng)規(guī)劃的協(xié)同發(fā)展中，要及時認識新能源接入電網(wǎng)存在的問題，并針對這些問題采取相應(yīng)的措施，將新能源技術(shù)積極應(yīng)用在電力系統(tǒng)當(dāng)中，不斷提升電網(wǎng)規(guī)劃水平，減少新能源接入對電網(wǎng)產(chǎn)生的不良影響。

3.1 建立能源互聯(lián)網(wǎng)

當(dāng)前信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)信息渠道與互聯(lián)網(wǎng)理念的不斷融合，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)與發(fā)展機遇。能源互聯(lián)網(wǎng)的主要特征是數(shù)據(jù)透明、供需分散、能量互補、設(shè)備智能以及系統(tǒng)扁平，通過加強對DG（分布式電源）的運行管理，特別是目前存在的光伏、風(fēng)電等分布式電源，運用能源互聯(lián)網(wǎng)，采用各種通信方式將DG納入SCADA系統(tǒng)，有利于地區(qū)負荷的準(zhǔn)確預(yù)測和負荷的平衡。

3.2 開展新能源并網(wǎng)的運行評估

對于風(fēng)力和光伏發(fā)電而言，具有較強的間歇性和隨機性，在電網(wǎng)實際運行的過程中會產(chǎn)生安全穩(wěn)定等問題，因此要積極開展新能源的電力系統(tǒng)仿真分析工作，借助成熟的軟件模型，對新能源大規(guī)模接入后的電網(wǎng)運行狀況予以模擬，評估過程中需要結(jié)合經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性以及合理性等予以綜合考慮，尋找系統(tǒng)中需要改善的環(huán)節(jié)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。評估內(nèi)容如圖1。

圖1 新能源并網(wǎng)的運行評估內(nèi)容

建立新能源隨機運行模擬模型、電力系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)模擬模型以及傳統(tǒng)機組運行方式的模型，以電網(wǎng)規(guī)劃方案為依據(jù)，在確定的系統(tǒng)運行模式下開展全年運行模擬，對長期運行下的系統(tǒng)形態(tài)，采用概率化的評價方法，對規(guī)劃決策的環(huán)保性、適應(yīng)性、經(jīng)濟性以及安全可靠性予以評估，從而對電網(wǎng)規(guī)劃方案的經(jīng)濟性與合理性予以評價。這一過程中遇到的關(guān)鍵問題包括最小化棄光、棄風(fēng)的優(yōu)化運行方法，常規(guī)能源與新能源的聯(lián)合運行模擬，新能源發(fā)電系統(tǒng)的運行模擬建模以及機組檢修過程中的數(shù)學(xué)建模等。

3.3 優(yōu)化新能源接入的電網(wǎng)技術(shù)

在不斷加大新能源滲透率的同時，對系統(tǒng)接納波動性發(fā)電的能力要求也就越高，要求既不能由于網(wǎng)絡(luò)的容量冗余而導(dǎo)致資源浪費，也不能產(chǎn)生因為網(wǎng)架約束而削弱新能源的能力。新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)后，在電網(wǎng)規(guī)劃的過程中，需要充分考慮新能源處理的場景、新能源接入的電網(wǎng)通用模型。可從以下3個方面提供規(guī)劃技術(shù)支撐。

（1）合理選擇新能源電源的接入方式。分布式電源越接近系統(tǒng)末端，對節(jié)點電壓抬升越大。如果選擇單點接入，為了保證節(jié)點電壓不越限運行，分布式電源并不適合安裝在系統(tǒng)末端，并網(wǎng)點盡量靠近系統(tǒng)，盡量減小電氣距離。如果分布式電源的物理位置只能在系統(tǒng)末端接入，可以選擇多點接入的方式，這樣可有效控制節(jié)點電壓運行在正常水平。

（2）加裝無功補償裝置。由于分布式電源單點并網(wǎng)，并網(wǎng)點電壓的提升幅度最大，為了控制節(jié)點電壓在正常范圍內(nèi)運行，優(yōu)先選擇在電源并網(wǎng)點安裝合適容量的無功補償裝置，如電抗器等。當(dāng)分布式電源多點并網(wǎng)時，為了保證無功補償方案的經(jīng)濟性、合理性，應(yīng)采用分布式電源接入的最佳無功優(yōu)化方案，在系統(tǒng)多點配置無功補償裝置。

（3）在電網(wǎng)系統(tǒng)與含新能源并網(wǎng)較多的片區(qū)之間，采用雙回線路，可防止單一線路出現(xiàn)故障時，因為片區(qū)出現(xiàn)孤島供電，可能會對系統(tǒng)、維修人員等造成危害，而且負荷可能出現(xiàn)的供需不平衡，將嚴重損害電能質(zhì)量，從而降低配電網(wǎng)的供電可靠性。當(dāng)片區(qū)孤網(wǎng)運行的時候，可將調(diào)速系統(tǒng)的頻率自動跟蹤改為手動設(shè)置頻率50Hz，以保證孤網(wǎng)片區(qū)頻率的穩(wěn)定，提高孤網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

3.4 提高電網(wǎng)對新能源的消納能力

對于新能源協(xié)同發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃，其目的是建立能合理消納新能源的電網(wǎng)，從而發(fā)揮出新能源減排、節(jié)能、低碳的優(yōu)勢，需要做到合理消納。為了做到合理消納新能源，需要確保在消納新能源的過程中不會對系統(tǒng)帶來較大的成本壓力，要求控制由于消納新能源而需要加大的運行與投資的費用；同時，也要求系統(tǒng)具有足夠的靈活性，足以承受新能源并網(wǎng)帶來的劇烈波動。

電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不同，系統(tǒng)消納新能源的能力也不同，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的差異還會對不同種類的靈活電源的運行方式造成影響。這一環(huán)節(jié)面臨的重要技術(shù)問題包括分析系統(tǒng)的備用水平、分析系統(tǒng)的調(diào)頻能力、分析系統(tǒng)的調(diào)峰能力、分析新能源的消納能力、分析電網(wǎng)的傳輸能力以及規(guī)劃好具有較強消納能力的網(wǎng)架。

4 結(jié)語

當(dāng)前我國新能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進展，但是需要認識到我國仍然處于能源缺乏的狀態(tài)，因此絕不能停止研究。當(dāng)前使用可再生能源發(fā)電裝置仍然存在著一些無法預(yù)測的問題，因此這些新能源發(fā)電形式會對電網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性造成一定的影響，要求我們重視新能源的優(yōu)勢與缺陷，將新能源發(fā)電納入到電網(wǎng)規(guī)劃的研究過程中，不斷開發(fā)出一系列新的技術(shù)以確保電網(wǎng)的安全性、環(huán)保性、高效性。