計(jì)及新能源的電網(wǎng)多場(chǎng)景規(guī)劃分析

劉奕瀅

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局，廣東 潮州 521000）

0 引 言

風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性等特點(diǎn)，可控難度較高，接入電網(wǎng)的過(guò)程中很容易由于負(fù)荷不均衡導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)、峰值波動(dòng)以及潮流波動(dòng)等，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在大規(guī)模風(fēng)電接入后，電網(wǎng)規(guī)劃必須充分考慮風(fēng)力發(fā)電綜合系數(shù)、需求側(cè)資源、儲(chǔ)能系統(tǒng)配置，使其能夠處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)，為我國(guó)新能源電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要利用風(fēng)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，其主要包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、控制器、逆變器以及電池組等。21世紀(jì)初，我國(guó)開始重視風(fēng)力發(fā)電，在西南部地區(qū)大規(guī)模進(jìn)行風(fēng)電并網(wǎng)，有效緩解了上述地區(qū)的用電危機(jī)。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電還減少了傳統(tǒng)能源的損失，可實(shí)現(xiàn)零污染排放。

根據(jù)國(guó)家能源局2017年發(fā)布的《關(guān)于加快推進(jìn)分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)要求的通知》中的各項(xiàng)要求，廣東省潮州市于2017年起開始大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)，主要采用分散式接入110 kV或66 kV降壓變壓器及以下等級(jí)的配電器方式。到2019年底，風(fēng)電裝機(jī)總量約為500 MW，約占總裝機(jī)規(guī)模的11.51%。上述就地分散式接入模式符合本地區(qū)中低壓電網(wǎng)特征，減小了輸配電半徑，在一定程度上提升了電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。

但受風(fēng)電隨機(jī)性、波動(dòng)性以及間歇性的影響，分散式風(fēng)電系統(tǒng)接入后，電網(wǎng)電壓、潮流、線損等均發(fā)生明顯變化，因此需針對(duì)不同場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)有效規(guī)劃，以改善電網(wǎng)末端電能質(zhì)量。

1 新能源接入對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響

1.1 對(duì)電網(wǎng)電壓的影響

電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)電壓等級(jí)要求較高，需維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，才能夠保證用戶用電質(zhì)量。分散式風(fēng)電接入后，受天氣因素和技術(shù)因素等影響，風(fēng)電會(huì)呈現(xiàn)間歇性、隨機(jī)性，從而造成電網(wǎng)電壓隨之波動(dòng)[1]。尤其是在風(fēng)速大小變化情況下，產(chǎn)生的電壓大小也會(huì)改變，接入后電網(wǎng)電壓波動(dòng)明顯加劇，嚴(yán)重時(shí)甚至引起用電測(cè)裝置損壞，給區(qū)域安全用電帶來(lái)惡劣影響。同時(shí)，風(fēng)速的變化還會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)潮流發(fā)生改變，引起無(wú)功損耗加劇，這在一定程度上也影響了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，在電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程中需全面考慮。

1.2 對(duì)電能質(zhì)量的影響

分散式風(fēng)電接入的形式主要采用就地模式，其接入距離一般靠近負(fù)荷中心，運(yùn)行過(guò)程中受逆變器和補(bǔ)償器等影響，非常容易產(chǎn)生電力諧波，嚴(yán)重時(shí)甚至造成啟動(dòng)電壓閃變，影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。某時(shí)段檢測(cè)分散式風(fēng)電接入引起電壓閃變的情況如表1所示。

表1 分散式風(fēng)電接入引起的電壓閃變情況

為增強(qiáng)分散式風(fēng)電接入的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，在并網(wǎng)時(shí)必須設(shè)置消諧裝置，抑制由風(fēng)力波動(dòng)引起的諧波。

1.3 對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響

分散式風(fēng)電接入過(guò)程中應(yīng)根據(jù)繼電保護(hù)情況、自動(dòng)重合裝置等做好接入點(diǎn)選擇和保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，這樣才能夠最大限度保障電網(wǎng)的安全性能和可靠系數(shù)。在繼電保護(hù)方面，分散式風(fēng)電接入時(shí)往往靠近用電側(cè)，此時(shí)風(fēng)電機(jī)組可視為“電源”。若電網(wǎng)線路發(fā)生短路故障，風(fēng)電機(jī)組仍可向用電側(cè)提供電能，進(jìn)而使繼電保護(hù)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)，如圖1所示。

圖1 分散式風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響

在上述過(guò)程中，變電站D、變電站E之間K4處發(fā)生短路故障后，線路短路保護(hù)，斷路器4斷開。風(fēng)電接入后，K4故障后線路末端仍帶電，此時(shí)斷路器3的保護(hù)范圍可能延伸到變電站D、變電站E之間的線路，導(dǎo)致繼電保護(hù)失效。

在自愈控制方面，分散式風(fēng)電接入后容易使電網(wǎng)電壓潮流發(fā)生變化，尤其是在區(qū)域故障后。此時(shí)若分散式風(fēng)電機(jī)組保護(hù)未動(dòng)作，則會(huì)直接產(chǎn)生孤島效應(yīng)，進(jìn)而影響故障重合自愈效果，因此在現(xiàn)階段新能源接入后的電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程中要做好這方面的防范[2]。

2 計(jì)及新能源的電網(wǎng)多場(chǎng)景規(guī)劃方案

2.1 總體方案

計(jì)及風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)多場(chǎng)景規(guī)劃過(guò)程中必須充分考慮不同分散式風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)狀，針對(duì)不同待接入風(fēng)電系統(tǒng)的特性和負(fù)荷特征，確定電網(wǎng)負(fù)荷參數(shù)，形成合理優(yōu)化和選址調(diào)整，如圖2所示。

圖2 基于風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)多場(chǎng)景規(guī)劃方案

從電網(wǎng)狀態(tài)、區(qū)域用電等數(shù)據(jù)出發(fā)，預(yù)測(cè)未來(lái)用電量需求，針對(duì)分散式風(fēng)電接入后的出力狀況和調(diào)峰補(bǔ)償?shù)却_定區(qū)域電力負(fù)荷。利用電網(wǎng)架構(gòu)、功率裝置等確定電網(wǎng)有功功率和無(wú)功功率的潮流變化，并根據(jù)繼電保護(hù)需求和自愈控制要求等合理選址，保證分散式風(fēng)電接入的安全性、可靠性以及有效性。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性，風(fēng)能利用的有效性、科學(xué)性等，判斷電網(wǎng)規(guī)劃是否實(shí)用、有效、經(jīng)濟(jì)，實(shí)施調(diào)整和優(yōu)化。

2.2 規(guī)劃策略

2.2.1 考慮風(fēng)電綜合系數(shù)

分散式風(fēng)電接入電網(wǎng)時(shí)必須在安全指標(biāo)和可靠指標(biāo)基礎(chǔ)上做好風(fēng)電綜合系數(shù)的設(shè)置，進(jìn)行電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)整和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化[3]。因此，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)從線路成本和風(fēng)電利用率出發(fā)，構(gòu)建不同場(chǎng)景下的電網(wǎng)規(guī)劃模型，如表2所示。

表2 分散式風(fēng)電接入電網(wǎng)的規(guī)劃策略

2.2.2 考慮用電側(cè)電能質(zhì)量

分散式風(fēng)電接入電網(wǎng)的過(guò)程中要充分考慮用戶用電情況，針對(duì)電網(wǎng)中的電能指標(biāo)合理進(jìn)行資源設(shè)置和分配。例如，在電力用戶生產(chǎn)階段，應(yīng)根據(jù)用電峰谷平情況對(duì)風(fēng)電機(jī)組容量進(jìn)行合理設(shè)置。生活用電多在“峰”段時(shí)，大規(guī)模生產(chǎn)用電可適當(dāng)調(diào)整在“谷”段，風(fēng)電機(jī)組容量應(yīng)符合峰值用電要求，且留有10%～20%的電量裕度，以保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[4]。在遠(yuǎn)距離供電過(guò)程中，可適當(dāng)多點(diǎn)接入，減少遠(yuǎn)距離輸電造成的線損，保證輸配電效益滿足電力需求。必要時(shí)還需要在分散式風(fēng)電接入中設(shè)置孤島保護(hù)，適當(dāng)設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償，以保證用戶用電質(zhì)量，提升用戶用電滿意度。此外，還做好電能使用規(guī)劃，全面控制分散式風(fēng)電接入過(guò)程中的能量損耗問(wèn)題，從日常工作出發(fā)加大負(fù)荷管理，改善用戶電能質(zhì)量。

2.2.3 考慮電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)

分散式風(fēng)電接入過(guò)程中，由于風(fēng)力的不可預(yù)測(cè)性，在規(guī)劃過(guò)程中必須做好儲(chǔ)能裝置的設(shè)置，利用該裝置吸收瞬時(shí)風(fēng)電負(fù)荷，在儲(chǔ)能后實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)輸出，從根本上減小分散式風(fēng)電接入中瞬時(shí)負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊[5]。

儲(chǔ)能系統(tǒng)配置過(guò)程中可在考慮風(fēng)險(xiǎn)綜合系數(shù)的模型基礎(chǔ)上進(jìn)行選址定位和容量設(shè)計(jì)，以保證其儲(chǔ)能效果符合各項(xiàng)功能實(shí)際。為使確定過(guò)程得以簡(jiǎn)化，還可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行編碼，采用遺傳算法求出儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)建中的關(guān)鍵參數(shù)。

3 結(jié) 論

分散式風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)的過(guò)程中應(yīng)充分考慮風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)電壓、電能、繼電保護(hù)等的影響，依照用戶用電需求、安全運(yùn)行需求等做好規(guī)劃設(shè)計(jì)。尤其是在容量設(shè)計(jì)、孤島保護(hù)、儲(chǔ)能設(shè)置等過(guò)程中，應(yīng)充分考慮安全指標(biāo)、可靠系數(shù)及經(jīng)濟(jì)效益，構(gòu)建科學(xué)電網(wǎng)規(guī)劃模型，形成最佳決策方案，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)分散式風(fēng)電接入電網(wǎng)效益的最大化。