高滲透率新能源電網規劃與調控關鍵技術

俞曉吉

摘要：本文對學術界以及工業界在高滲透率新能源電網規劃與控制領域的最新研究成果進行了全面的分析。

關鍵詞：高滲透率;新能源;電網規劃;調控關鍵技術

引言

為了應對我國傳統能源短缺的問題以及越來越嚴重的環境污染問題，近些年來政府相關部門采取一系列積極有效的措施大力發展一些可再生能源。有關于風電以及光伏等可再生能源的裝機容量經過多年的努力當前我國已經位居世界第一，裝機占比已接近20%，成為我國電力系統在實際提供電能過程當中的主力電源。不難預見在不久的未來，所占比例還將進一步增大。預計到2040年將會高達50%。與此同時，由于風光等可再生能源技術在實際產電的過程當中具有相對來說比較強的波動性以及隨機性，近些年來棄風棄光的問題相對來說比較嚴重。這種現象受到我國政府部門以及學術界和工業界的高度關注，隨著我國可再生能源裝機規模的不斷擴大，不能預見傳統電網的運行模式以及系統特性將會產生根本性的轉變。在這一過程當中，有許多技術問題有待于人們去采取積極措施對其進行進一步解決。具體包括高滲透率新能源背景下電網的規劃技術、仿真分析技術、協調控制技術以及保護技術等等。

1風光火打捆多直流弱送端電網安全穩定防御系統

該技術是由我國國家電網西北分部的一名學者所提出的，在該技術實際使用的過程當中需要用到對多資源廣域協調控制和新能源全景監控等一系列關鍵技術。當前在我國電網安全運行的過程當中，依然存在著感知以及相應的控制手段不能夠滿足電網運行的實際需求的一系列問題。該技術的防御系統在實際使用的過程當中可以有效的實現對電力網絡同步穩定控制以及頻率控制等一系列關鍵的功能。通過實踐證明，該技術在實際使用的過程當中相應的防御系統在電力網絡實際運輸電能的過程當中，能夠有效的應對特高壓直流的故障沖擊。同時通過該技術的合理使用還可以有效地阻斷后續所發生的一系列連續反應。該技術使得我國西北電網的安全穩定運行水平得到了實質性的提高，也進一步指導了風光火打捆多直流弱送端電網的控制技術進一步發展。

2綜合多類型措施的頻率緊急協調優化控制方法

隨著我國電力網絡在運行過程當中有關于精益化的要求變得越來越高，一些有關于直流緊急功率支援、發電處理快速升降以及負荷控制等連續調節類型的控制技術在我國國家電網日常發展的過程當中受到了越來越多的重視。該技術在實際使用的過程當中，首先現場的工作人員需要保證電網頻率處于安全的范圍之內。然后通過一些協調連續及離散控制的相關措施進一步降低一旦電網發生故障之后對其頻率進行控制過程當中所需要付出的代價。該技術在實際使用的過程當中極大的適應了我國電力網絡在實際運行過程當中精益化頻率穩定性控制的嚴格要求。圖1 為多類頻率控制資源的協調配合設計。

3連續潮流模型風電接入的電網靜態電壓安全域計算新技術

該技術在實際使用的過程當中，使用連續潮流模型作為其研究的對象。與此同時還在實際使用的過程當中進一步結合電壓的一些安全約束條件，通過這些數據的有效利用，進一步構建出了系統電壓安全裕度指標，融合了靈敏度方程以及一些啟發式算法。

4換流站虛擬頻率控制技術

該技術在實際使用的過程當中，需要以柔性直流送出工程作為該技術的應用對象。隨著我國國家電網的進一步發展，大規模新能源金融性直流送出的出現為解決新能源在實際并網過程當中所產生的消納現象提供了一種全新的解決思路。然而，如果在電力網絡正常運行的過程時候是屬于不加任何附加控制的情況下，那么在這過程當中新能源的有關波動將會進一步經過柔直全部傳遞到相應的受端網絡當中。為了使得新能源在柔直并網過程當中所產生的有功波動問題得到有效的解決。該技術在孤島換流站的電壓頻率（VF）控制基礎上采用換流站虛擬頻率控制的一系列有關的方法和新能源發電一次調頻（PFR）控制一起，實現孤島換流站的功率波動自組一組的功能。通過該技術的有效使用可以很好的發揮出孤島換流站功率波動的抑制功能。圖2 孤島換流站VF控制。

5基于風機動能儲備的VSC-HVDC系統一次調頻控制技術

該技術在實際使用的過程當中可以需要以風機動能儲備的VSC-HVDC系統作用的正常發揮，使得位于新能源端的工作人員可以整體參與交流電網的頻率調整工作。

6風電機組故障后協調控制技術

該技術在實際使用的過程當中，需要以一種改進的耗能電阻拓撲結構作為該技術在實際使用過程當中的基礎，一旦風電機組發生故障之后，通過該協調控制策略的合理應用，極大的提高了VSC-HVDC風電并網系統的故障穿越性能。

7風機參與調頻的網源協調控制技術

對風電機組慣量以及對其下垂進行有效的控制并且進一步協調優化，基于改進的粒子群算法對一系列需要控制的參數進行適當的優化，從而進一步得到風機參與調頻的網源協調控制策略。

8結束語

可再生能源的大力發展有利于解決我國傳統能源短缺以及環境污染的問題。因此，政府相關部門以及學術界、工業界的相關人員要持續加大對該對高滲透率新能源電網規劃以及調控關鍵技術的研究力度，從而使得我國能源短缺以及環境污染的問題能夠得到更好的解決。

參考文獻：

[1]?? 周晨曦.高滲透率揚中綠色能源島的電網規劃和消納控制研究[D].江蘇大學，2019.

[2]?? 張群.地區級電網高滲透率風電分層分區并網規劃技術研究[D].東南大學，2018.

俞曉吉

摘要：本文對學術界以及工業界在高滲透率新能源電網規劃與控制領域的最新研究成果進行了全面的分析。

關鍵詞：高滲透率;新能源;電網規劃;調控關鍵技術

引言

為了應對我國傳統能源短缺的問題以及越來越嚴重的環境污染問題，近些年來政府相關部門采取一系列積極有效的措施大力發展一些可再生能源。有關于風電以及光伏等可再生能源的裝機容量經過多年的努力當前我國已經位居世界第一，裝機占比已接近20%，成為我國電力系統在實際提供電能過程當中的主力電源。不難預見在不久的未來，所占比例還將進一步增大。預計到2040年將會高達50%。與此同時，由于風光等可再生能源技術在實際產電的過程當中具有相對來說比較強的波動性以及隨機性，近些年來棄風棄光的問題相對來說比較嚴重。這種現象受到我國政府部門以及學術界和工業界的高度關注，隨著我國可再生能源裝機規模的不斷擴大，不能預見傳統電網的運行模式以及系統特性將會產生根本性的轉變。在這一過程當中，有許多技術問題有待于人們去采取積極措施對其進行進一步解決。具體包括高滲透率新能源背景下電網的規劃技術、仿真分析技術、協調控制技術以及保護技術等等。

1風光火打捆多直流弱送端電網安全穩定防御系統

該技術是由我國國家電網西北分部的一名學者所提出的，在該技術實際使用的過程當中需要用到對多資源廣域協調控制和新能源全景監控等一系列關鍵技術。當前在我國電網安全運行的過程當中，依然存在著感知以及相應的控制手段不能夠滿足電網運行的實際需求的一系列問題。該技術的防御系統在實際使用的過程當中可以有效的實現對電力網絡同步穩定控制以及頻率控制等一系列關鍵的功能。通過實踐證明，該技術在實際使用的過程當中相應的防御系統在電力網絡實際運輸電能的過程當中，能夠有效的應對特高壓直流的故障沖擊。同時通過該技術的合理使用還可以有效地阻斷后續所發生的一系列連續反應。該技術使得我國西北電網的安全穩定運行水平得到了實質性的提高，也進一步指導了風光火打捆多直流弱送端電網的控制技術進一步發展。

2綜合多類型措施的頻率緊急協調優化控制方法

隨著我國電力網絡在運行過程當中有關于精益化的要求變得越來越高，一些有關于直流緊急功率支援、發電處理快速升降以及負荷控制等連續調節類型的控制技術在我國國家電網日常發展的過程當中受到了越來越多的重視。該技術在實際使用的過程當中，首先現場的工作人員需要保證電網頻率處于安全的范圍之內。然后通過一些協調連續及離散控制的相關措施進一步降低一旦電網發生故障之后對其頻率進行控制過程當中所需要付出的代價。該技術在實際使用的過程當中極大的適應了我國電力網絡在實際運行過程當中精益化頻率穩定性控制的嚴格要求。圖1 為多類頻率控制資源的協調配合設計。

3連續潮流模型風電接入的電網靜態電壓安全域計算新技術

該技術在實際使用的過程當中，使用連續潮流模型作為其研究的對象。與此同時還在實際使用的過程當中進一步結合電壓的一些安全約束條件，通過這些數據的有效利用，進一步構建出了系統電壓安全裕度指標，融合了靈敏度方程以及一些啟發式算法。

4換流站虛擬頻率控制技術

該技術在實際使用的過程當中，需要以柔性直流送出工程作為該技術的應用對象。隨著我國國家電網的進一步發展，大規模新能源金融性直流送出的出現為解決新能源在實際并網過程當中所產生的消納現象提供了一種全新的解決思路。然而，如果在電力網絡正常運行的過程時候是屬于不加任何附加控制的情況下，那么在這過程當中新能源的有關波動將會進一步經過柔直全部傳遞到相應的受端網絡當中。為了使得新能源在柔直并網過程當中所產生的有功波動問題得到有效的解決。該技術在孤島換流站的電壓頻率（VF）控制基礎上采用換流站虛擬頻率控制的一系列有關的方法和新能源發電一次調頻（PFR）控制一起，實現孤島換流站的功率波動自組一組的功能。通過該技術的有效使用可以很好的發揮出孤島換流站功率波動的抑制功能。圖2 孤島換流站VF控制。

5基于風機動能儲備的VSC-HVDC系統一次調頻控制技術

該技術在實際使用的過程當中可以需要以風機動能儲備的VSC-HVDC系統作用的正常發揮，使得位于新能源端的工作人員可以整體參與交流電網的頻率調整工作。

6風電機組故障后協調控制技術

該技術在實際使用的過程當中，需要以一種改進的耗能電阻拓撲結構作為該技術在實際使用過程當中的基礎，一旦風電機組發生故障之后，通過該協調控制策略的合理應用，極大的提高了VSC-HVDC風電并網系統的故障穿越性能。

7風機參與調頻的網源協調控制技術

對風電機組慣量以及對其下垂進行有效的控制并且進一步協調優化，基于改進的粒子群算法對一系列需要控制的參數進行適當的優化，從而進一步得到風機參與調頻的網源協調控制策略。

8結束語

可再生能源的大力發展有利于解決我國傳統能源短缺以及環境污染的問題。因此，政府相關部門以及學術界、工業界的相關人員要持續加大對該對高滲透率新能源電網規劃以及調控關鍵技術的研究力度，從而使得我國能源短缺以及環境污染的問題能夠得到更好的解決。

參考文獻：

[1]?? 周晨曦.高滲透率揚中綠色能源島的電網規劃和消納控制研究[D].江蘇大學，2019.

[2]?? 張群.地區級電網高滲透率風電分層分區并網規劃技術研究[D].東南大學，2018.