新能源大規模接入對電網安全穩定運行的影響分析

劉永強

【摘 ?要】新時期，能源資源緊缺、環境污染、氣候變化等問題逐漸受到人們的廣泛關注。因此，應高度重視對于新能源的開發利用，促進能源戰略轉型發展。基于此，對新能源大規模接入對于電網安全穩定運行所造成的不良影響進行分析，并對基于新能源大規模接入的電網安全穩定控制系統進行詳細探究。

【關鍵詞】新能源發電;電網;接入;安全

引言

構建以新能源為主體的新型電力系統是實現碳達峰碳中和的基礎，而新型電力系統是清潔低碳安全高效能源體系的重要組成部分，在新型電力系統中，要逐步實現可再生能源對化石能源的替代，而且要以化石能源效能為目標控制能源總量，以電力體制改革為動力，推動新型電力系統構建。

1中國能源電力發展的基本情況

根據國家統計局數據，2020年中國能源消費總量為49.8億噸標準煤，比上年增長2.2%;煤炭消費量增長0.6%，煤炭消費量占能源消費總量的56.8%，比上年下降0.9%;原油消費量增長3.3%;天然氣消費量增長7.2%;電力消費量增長3.1%;天然氣、水電、核電、風電等清潔能源消費量占能源消費總量的24.3%，上升1.0%。第一，中國能源消費總量在改革開放以后持續增長，尤其是21世紀以來總量增加很快。第二，能源結構以煤為主，但煤炭消費總量在2013年達到高值之后基本持平;煤炭消費所占比重逐步下降，但仍然占絕對主導地位。第三，石油消費總量持續增長，但增長速度低于天然氣。第四，非化石能源消費持續增長，能源消費增量部分主要由清潔能源填補。總體來看，中國能源消費仍然以化石能源尤其是煤炭為主，正在向清潔能源消費轉變。

2新能源發電接入對電網運行安全的不良影響

2.1新能源接入造成的低頻問題

2.1.1有關風電滲透率對于低頻振動的影響

一般相關的工作人員可以從系統的運行狀態、網絡拓撲等方面看出風電滲透率對低頻振蕩模式所帶來的影響，如果滲透率較高，那么就會給阻尼帶來相應的影響，還能通過提升滲透率及電壓來有效控制環路增益，從而達到優化阻尼的目的。風電場受并網點方位、規模及其控制形式的影響，振蕩模式會出現一定的變化，而輕載運作有助于阻尼振蕩，重載會對阻尼振蕩帶來不利影響。

2.1.2有關光伏滲透率對于低頻振動的影響

如果互聯系統規模比較大，光伏滲透率比較高，就會對電力系統功角動態產生較大影響，尤其是會對阻尼區間低頻振蕩產生較大不良影響，分布式光伏可抑制區間振動。在光伏系統的實際應用中，不會產生新的低頻振蕩，如果光伏電站對于低頻振蕩的影響比較大，則這類光伏電站一般為小容量及非高滲透率形式。因此，如果將小容量光伏系統接入大容量電力系統中，易產生功率振蕩問題。

2.2新能源接入造成的高頻問題

通常，新能源接入問題所引發的高頻隱患一般來自功率過剩，又或者是因為受到擾動沖擊的影響，電網其他部分的聯絡通道在功率傳輸期間易產生一些不良的解列故障，外送功率的直流還會產生較為嚴峻的閉鎖事故等。進一步來說，新能源接入系統的高頻保護部分常常被用作維護發電機組本身，如果相關的工作人員設置不合理，那么極易引發系統故障，最終會引發新能源機組退出。許多新能源接入系統后，因為風電、光伏缺少一次調頻這一項功能，水電、火電等常規機組的調頻壓力會突然上升，隨之我國各行各業應用新能源的比重上升，其系統的調頻作用將遭受一定程度的影響，風電、光伏原本的高頻保護設施就極難與新的工程目標達成統一。為了盡可能降低頻率崩潰概率，相關的工作人員需要根據新能源接入的實際條件，合理確定風電及光伏電站高頻保護值，一旦出現異常的高頻故障，相關的工作人員需要采取連鎖切機的手段予以處置。

2.3新能源難以實現穩定供能

新能源發電還有能量密度低、分布廣泛、便于分散使用的特點，有可能出現千家萬戶均可發電的狀況。但是，自發自用的特點是有時電能富余，有時電能不足，而且自發自用難以保障用戶的電能質量。因此，用戶在電能富余時可以將電賣給電網，不足時由電網供電。同時，隨著更多的電能由分布式發電接入配電網，由分布式電源和相關儲能、調控、保護設施構成的微電網和主動配電網逐漸增多。一方面，大量使用低碳能源有利于優化能源電力系統，對于維護大電網的安全性也有一定的好處。另一方面，原有電力的負荷特性發生改變，而且新能源的波動性、隨機性、不穩定性等特點加大了電網安全穩定運行的難度。“源”已經不是傳統的“源”，“荷”也不是傳統的“荷”，為了保障電力系統安全，“源”與“荷”之間必須協同互動。在“源”方面，盡可能提高預測的精度并加強調節性能;在“荷”方面，也應當提高調節能力或者需求響應能力。

3基于新能源大規模接入的電網安全穩定控制系統

3.1新能源安全穩定控制系統結構

安全穩定控制系統含有多個穩定控制裝置，通過光纖通道將其連接成為整體結構。需設置主站及子站，其中主站是安全穩定控制系統結構的核心部分，而子站則可作為執行層。在安全穩定控制系統的實際應用中，可設置主從式單層結構或者復合結構形式，主站數量要求控制在2個以上，在所有子站運行中，可接收來自各個主站的通信數據。

3.2站點結構

3.2.1主站情況

在系統應用過程中，主站主機可以與子站保持順利通信，而且能順利地接收搜集的數據。在系統運作期間，如果出現事故，那么主機將立刻接收動作信號，再向子站輸送跳閘指令。在主站中，從機的作用比較多，具體包括收集數據、計算數據、數據報送、判斷接入間隔電壓以及與主機通信等。

3.2.2子站情況

在子站中，主機可與主站中的裝置保持正常通信，可接受由主站所發出的指令，并接受由本站從機所采集的數據;通過對數據進行采集、計算和分析，能準確判斷接入間隔電壓，并將動作上報至主機。在系統規劃安裝中，相關的工作人員需要依據現實狀況明確主站及子站的安裝位置。針對主站，相關的工作人員可以把主站安裝在系統側變電站;針對子站，則可將其安裝在新能源側站點。在主站與子站之間，可通過光纖通信方式進行連接。此外，在站與站以及站內，可利用HDLC協議進行通信。

4新能源大規模接入的作用

加快新型電力系統構建進程新型電力系統構建是“十四五”時期的主要任務之一。這個任務是貫穿實現碳達峰碳中和目標的全過程。新型電力系統不能夠脫離“發、輸、變、配、用、儲”各環節的技術、設備、工程實體而獨立存在，所以新能源成為主體能源必然是一個漸進的過程。隨著新能源的發展，傳統化石能源尤其是煤電必然要逐步退出，這需要一定的時間;同時，技術發展仍然處在非常活躍的階段，在能源電力轉型中必須高度關注各項技術的發展，防止技術鎖定、投資鎖定。從宏觀角度而言，新型電力系統的構建與中國碳達峰碳中和目標的實現路徑具有方向的一致性，但是，新能源的發展是推動、引導、實現碳達峰碳中和目標的基本動力，是“先行官”，所以，新型電力系統的構建完成時間應適當超前于碳達峰碳中和目標。

5結論

在電網建設中，新能源利用率逐漸提高，但是，將新能源大規模接入電網后，可能會對電網運行安全性和穩定性造成不良影響。就新能源接入電網后對于電網安全穩定運行效果的影響以及具體的控制策略進行探究至關重要。

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