智能電網(wǎng)在新能源發(fā)電中的應(yīng)用研究

王曉明

摘 要：現(xiàn)階段，隨著社會(huì)的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，我國電力系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展?？稍偕茉?、分布式發(fā)電和需求響應(yīng)等成為系統(tǒng)電源的重要組成部分，不同類型新能源的接入帶來的不同形式的不確定性問題需要采用更加靈活和智能的系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)來解決。隨著可再生能源接入電網(wǎng)數(shù)量的不斷增加，電力系統(tǒng)迫切需要新的調(diào)度系統(tǒng)以更好地應(yīng)對系統(tǒng)的不確定性問題。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);新能源發(fā)電;應(yīng)用

引言

當(dāng)前階段，化石能源過度消費(fèi)導(dǎo)致常規(guī)能源短缺和環(huán)境問題突出，世界上大部分國家都將風(fēng)能、太陽能等新能源開發(fā)利用作為應(yīng)對能源安全和氣候變化雙重挑戰(zhàn)的重要手段?！笆濉睍r(shí)期是落實(shí)習(xí)近平總書記提出的“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵時(shí)期，新能源的開發(fā)和利用刻不容緩。但是，新能源的推廣和應(yīng)用必然會(huì)對電網(wǎng)帶來一定的影響，因?yàn)轱L(fēng)能、太陽能等的綠色能源通常具有一定的隨機(jī)性和間歇性，這使得電網(wǎng)運(yùn)行控制的難度出現(xiàn)了大幅度的提高，同時(shí)也影響到電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定。在這樣的情況下，必須構(gòu)建智能電網(wǎng)，為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1新能源接入傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來的問題

1.1影響電能質(zhì)量

目前新能源發(fā)電領(lǐng)域中發(fā)展最好的是光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電。因?yàn)樘鞖獾茸匀灰蛩氐挠绊?，光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電具有波動(dòng)性與間歇性，且其均需配置整流—逆變設(shè)備以及其他相應(yīng)的電力電子設(shè)備，這種方式將使其產(chǎn)生諧波電流以及直流分量。當(dāng)諧波電流直接進(jìn)入電力系統(tǒng)時(shí)，電網(wǎng)電壓將會(huì)出現(xiàn)畸變反應(yīng)，電能質(zhì)量降低，從而導(dǎo)致測量儀表功能喪失，負(fù)荷增加，使整個(gè)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置失靈，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，影響穩(wěn)態(tài)電壓的分布以及無功特征，加大了電網(wǎng)系統(tǒng)的不可控性。頻繁被啟動(dòng)的新能源發(fā)電單元會(huì)加大配電線路的負(fù)荷，使電壓難以被調(diào)整。因?yàn)榘l(fā)電設(shè)備內(nèi)有非常多的電力電子部件，所以調(diào)解與控制電壓的方式也和傳統(tǒng)電網(wǎng)有顯著差別。盡管多數(shù)新能源發(fā)電裝置上安裝了逆功率繼電器等相應(yīng)裝置，然而一般情況下，并不會(huì)通過該裝置向電網(wǎng)注入功率。如果配電系統(tǒng)發(fā)生故障，短路過程中將導(dǎo)致電流直接進(jìn)入電網(wǎng)，造成配電網(wǎng)的開關(guān)電流加大，有可能使其開關(guān)短路，危害整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

1.2對電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控的影響

現(xiàn)行的配電網(wǎng)是一個(gè)無源的放射形電網(wǎng)，信息采集、開關(guān)的操作、能源的調(diào)度等相應(yīng)比較簡單，其實(shí)施監(jiān)測、控制和高度是由供電部門統(tǒng)一來執(zhí)行的。新能源的接入使此過程復(fù)雜化，特別需要對新能源接入后可能出現(xiàn)的“孤島”現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測預(yù)防。當(dāng)新能源的本電網(wǎng)與主配電網(wǎng)分離后，仍繼續(xù)向所在的獨(dú)立配電網(wǎng)輸電，就會(huì)形成“孤島”現(xiàn)象。所謂孤島效應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)的部分線路因故障或維修而停電時(shí)，停電線路由所連的并網(wǎng)發(fā)電裝置繼續(xù)供電，并連同周圍負(fù)載構(gòu)成一個(gè)自給供電的孤島的現(xiàn)象。孤島中的電壓和頻率不受電網(wǎng)控制，如果電壓和頻率超出允許的范圍，會(huì)對用戶設(shè)備造成損壞;如果負(fù)載容量大于孤島中逆變器容量，會(huì)使逆變器過載，可能會(huì)燒毀逆變器。同時(shí)，會(huì)對檢修人員造成危險(xiǎn);如果對孤島進(jìn)行重合閘操作，會(huì)導(dǎo)致該線路再次跳閘，而且負(fù)荷可能出現(xiàn)供需不平衡，將嚴(yán)重?fù)p害電能質(zhì)量，從而降低配電網(wǎng)的供電可靠性。

2智能電網(wǎng)在新能源發(fā)電中的應(yīng)用

2.1電力電子技術(shù)

（1）高壓直流輸電技術(shù)。該技術(shù)通常應(yīng)用在電網(wǎng)的遠(yuǎn)距離輸電過程中，體現(xiàn)出較為明顯的優(yōu)勢特點(diǎn)。在這個(gè)過程中，輕型直流輸電系統(tǒng)中安裝了門控晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管以及其他器件，這些器件能夠關(guān)斷，在換流器中裝配這些器件可以使中型直流輸電工程在中短電力輸送中具備較高的競爭力。此外，運(yùn)用可關(guān)斷器件裝配的換流器適用于孤立小供電系統(tǒng)，如海島、海上工作平臺(tái)等?？申P(guān)斷器件裝配的換流器將促進(jìn)城市配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使燃料電池、光伏發(fā)電以及其他的分布式電源實(shí)現(xiàn)更好地接入電網(wǎng)。在輕型直流輸電系統(tǒng)的作用下，清潔能源的網(wǎng)上穩(wěn)定性也能夠得到改善。（2）柔性交流輸電技術(shù)。在清潔能源被廣泛接入電網(wǎng)系統(tǒng)的過程中，柔性交流輸電技術(shù)為最具關(guān)鍵性的技術(shù)?，F(xiàn)代控制技術(shù)與電力電子技術(shù)的融合程度不斷加深，電力系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)都能夠被靈活與及時(shí)控制，如電壓、電抗與相位差等。這種情況下，輸送功率能夠被科學(xué)分配，輸電損耗能夠充分降低，輸電線路的輸送能力得以提升，整個(gè)電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定。此外，忽略了自身的設(shè)計(jì)更具有靈活性與柔性，在分布式電源及儲(chǔ)能系統(tǒng)接入時(shí)，電網(wǎng)設(shè)計(jì)不僅要符合即插即用的要求，還要確保給其他設(shè)施帶來的沖擊最小化。（3）高壓變頻技術(shù)。高壓變頻技術(shù)指的是應(yīng)用于高壓大容量電能變換及控制領(lǐng)域的電力電子技術(shù)。能夠直接控制電力系統(tǒng)的頻率與幅值，充分減少各種損耗。在高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用下，多種高壓變頻產(chǎn)品出現(xiàn)，如新型多電平電壓型高壓變頻產(chǎn)品。復(fù)合器件以其突出的性能優(yōu)勢得到迅速發(fā)展，如IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）等，加之相關(guān)PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制算法的有效發(fā)展，多電平結(jié)構(gòu)的應(yīng)用性得到加強(qiáng)。（4）同步開斷（智能開關(guān)）技術(shù)。電壓與電流在指定相位實(shí)現(xiàn)電流的斷開與閉合被稱為同步開斷。現(xiàn)階段，機(jī)械開關(guān)在高壓開關(guān)中最為常見，其較為分散，開斷的時(shí)間長，無法確保定相開斷的準(zhǔn)確性。要想實(shí)現(xiàn)同步開斷，從本質(zhì)講是將機(jī)械開關(guān)用電子開關(guān)替代。理論上同步開斷技術(shù)的應(yīng)用能夠消除電力系統(tǒng)的操作過電壓，能夠有效降低受操作過電壓影響的電力設(shè)備絕緣水平，使設(shè)備損耗變小。

2.2大容量儲(chǔ)能技術(shù)

大容量儲(chǔ)能技術(shù)對智能電網(wǎng)意義重大，在最新的理論探討中，其作為解決新能源并網(wǎng)及整合分布式能源方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。一是能夠及時(shí)應(yīng)對電力需求的變化;二是能夠彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電的不確定性所帶來的不足;三是滿足插充式電動(dòng)汽車的用電需求;四是推遲輸電線路的建設(shè)投資，特別是在發(fā)生輸電線路停電故障后可以滿足用電需求;五是能夠?yàn)殡娏φ{(diào)度、電力交易提供輔助服務(wù)。儲(chǔ)能技術(shù)種類多且可以適應(yīng)不同的環(huán)境，目前很多‘智能蓄能技術(shù)都在發(fā)展之中，巨型電池、飛輪蓄能都是隨時(shí)能夠投入發(fā)電也隨時(shí)都能進(jìn)行蓄能，有利于電網(wǎng)的運(yùn)行，受到電網(wǎng)企業(yè)的支持。還有以ABB公司輕型靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)為代表的將電池技術(shù)和新型電力半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合，作為靈活交流輸電系統(tǒng)技術(shù)的一部分，可以有效提高輸電系統(tǒng)輸送能力和安全性、靈活性。

結(jié)束語

綜上所述，我國將全面推進(jìn)風(fēng)電和太陽能發(fā)電的開發(fā)和利用，實(shí)現(xiàn)可再生能源結(jié)構(gòu)性占比再提升。但是，要推動(dòng)新能源發(fā)電，必須構(gòu)建智能電網(wǎng)，最大程度的消除間歇性出力產(chǎn)生的不良影響，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為廣大電力用戶提供更加人性化的供電服務(wù)。

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