高比例可再生能源并網對電網穩定性影響評估

中國電建集團核電工程有限公司 紀 江

1 高比例可再生能源并網的挑戰

高比例可再生能源并網（如圖1所示）面臨著多方面的挑戰，這些挑戰不僅限于技術層面，還涉及電力系統的穩定性和可靠性。隨著太陽能和風能等可再生能源在中國電力系統中的大規模整合。

圖1 高比例可再生能源并網

可再生能源的波動性和間歇性是面臨的主要挑戰。根據中國電力能源統計數據，太陽能和風能的發電量在一天和季節內波動顯著。例如，太陽能光伏發電在白天產量高，夜晚減少，而風能發電受風速和風向的影響，風電場發電量也隨之波動。這種波動性要求電力系統更加靈活地應對。對于電網頻率和電壓穩定性更是挑戰。高比例可再生能源并網可能導致頻率波動和電壓失調，危及電網穩定和設備正常運行。根據中國國家電網公司數據，高比例可再生能源并網下，頻率波動和電壓失調事件頻率顯著上升，對電力系統造成壓力。亟須綜合應對這些挑戰，確保電力系統可靠穩定[1]。

可再生能源在電力系統中的大規模集成帶來了許多潛在挑戰，尤其是電力系統的可靠性。雖然可再生能源有助于減少溫室氣體排放和減少對傳統燃煤發電的依賴，但其不穩定性可能導致電力系統的不可靠性。在一些情況下，可再生能源供應不足可能導致電力系統的不穩定，進而影響用戶的用電體驗。這在中國一些地區已經發生過，例如，西部地區因大規模風電并網而出現供電不足情況。電力系統的調度和運營也面臨挑戰，需要更復雜的策略來適應可再生能源的波動性，可能需要增加人力和技術投入。中國國家電網公司已經采取了一些措施來應對這些挑戰，包括加強監測和調度。高比例可再生能源并網給電力系統帶來了多方面挑戰，需要綜合考慮，并采取技術和政策措施來確?？煽啃院头€定性，同時促進可再生能源的可持續發展。

2 電網穩定性問題的具體表現

頻率波動是電網穩定性的一個重要指標。電網的頻率通常應保持在特定的標準值附近，以確保電力系統正常運行。當大量可再生能源，如太陽能和風能，突然增加或減少供應時，電網的頻率可能會發生波動。這種波動可以導致電網的不穩定性，甚至引發電力系統故障。表1是一個發生在中國的真實案例，其展示了電網頻率波動的數據。

表1 電網頻率波動

在表1中，時間戳列示了不同時間點的頻率測量值，以給予讀者對電網頻率波動的直觀印象?？梢钥吹剑谶@個案例中，電網頻率在短時間內發生了明顯的波動，這可能會對電網穩定性造成負面影響[2]。電壓失調是另一個電網穩定性問題的表現。電壓失調指的是電網中電壓水平的不均衡或不穩定性，可能導致電力設備損壞或運行異常。高比例可再生能源并網時，電壓失調問題可能因不穩定的能源注入而加劇。表2是一個發生在中國的真實案例，其展示了電壓失調的數據。

表2 電壓失調

在表2中，時間戳顯示了A、B、C 三相電壓測量值的差異，揭示了電網中的電壓失調問題。這些實例和數據展示了電網穩定性問題，特別是頻率波動和電壓失調。需仔細監測和管理以確保高比例可再生能源并網下電力系統的可靠運行。

3 增強電網靈活性

增強電網靈活性是應對高比例可再生能源并網帶來的挑戰的關鍵之一。在中國，隨著可再生能源的大規模部署，電力系統必須變得更加靈活，以適應太陽能和風能等不穩定能源的波動性。

高比例可再生能源增長使電力系統面臨更大挑戰。傳統系統以可控能源為基礎，而可再生能源的波動性增加了供需平衡和頻率控制的復雜性。電網需提高靈活性，尤其中國計劃擴展可再生能源使用，對電力系統的靈活性要求更高[3]。

3.1 真實數據和數值模擬案例

通過分析真實數據和數值模擬，可以更好地理解電網靈活性的重要性和實際應用。以中國為例，研究人員可以收集過去幾年的電力系統運行數據，包括電力需求、可再生能源發電量、頻率波動等。使用這些數據，可以進行數值模擬，模擬不同可再生能源滲透率下電力系統的運行情況?；谡鎸崝祿蛿抵的M的研究可以幫助揭示電力系統中的潛在問題和瓶頸。例如，可以分析電力系統中的瓶頸節點，即容易受到頻率波動和電壓問題影響的節點。這些分析可以幫助電力系統運營商識別需要改進的領域。

3.2 智能化控制和預測

為了增強電網靈活性，中國電力系統可以采用智能化控制和預測技術。其中包括使用高級監測和控制系統，以實時監測電力系統的運行狀態，并根據預測的可再生能源輸出進行調整。這樣可以更好地管理電力系統的頻率和電壓。同時，中國可以考慮進行電能市場改革，以更好地促進可再生能源的集成。通過建立市場機制，鼓勵可再生能源的靈活調度和參與，提高電力系統的適應能力。

3.3 實施示例

以中國某地區為例，該地區電力系統在過去幾年內經歷了高比例可再生能源并網。通過采取上述措施，該地區成功增強了電網靈活性，減少了頻率波動，提高了可再生能源的消納率。這個案例可以作為其他地區學習的典范。增強電網靈活性是應對高比例可再生能源并網的關鍵措施之一，中國作為一個可再生能源發展迅猛的國家，通過真實數據和數值模擬、采用智能化控制、電能市場改革等手段，已經在提高電網靈活性方面取得了一些成功，為實現可再生能源的可持續發展和電力系統的穩定性提供了有力支持。

4 儲能技術的應用

儲能技術在高比例可再生能源并網方面發揮著重要作用。儲能技術允許將多余的可再生能源儲存起來，以供需要時使用，從而有效解決可再生能源波動性的問題。中國是世界上最大的可再生能源市場之一，太陽能和風能資源豐富。然而，這些資源的波動性和不可預測性經常導致電力系統的不穩定性。為了解決這一問題，中國大規模投資于儲能技術的研發和應用。以下是中國在儲能技術方面的一些案例和數據。

4.1 巨大的儲能裝機容量

中國已經建成了世界上最大規模的儲能電站之一。例如，山東省棗莊市的“棗莊超級儲能示范項目”擁有超過800MW 時的儲能容量，可以平衡太陽能和風能的波動，提供可靠的電力。

4.2 提高電網穩定性

中國的儲能電站不僅用于儲存多余的可再生能源，還用于提高電網的穩定性。通過實時監測電網頻率和電壓，并在需要時釋放儲能，可以有效應對電力系統的瞬態問題。

4.3 削減電力峰谷差異

儲能技術有助于削減電力系統的峰谷差異[4]。在高負荷時儲存電能，然后在低負荷時釋放，可以減少電力系統的負荷波動，提高電力系統的效率。

4.4 提高可再生能源消納率

儲能技術有助于提高可再生能源的消納率。通過將多余的可再生能源存儲起來，可以確保不會因為輸電線路容量不足而浪費可再生能源。

4.5 技術創新和成本下降

中國的儲能技術不斷創新，同時也在不斷降低成本。這使儲能技術變得更加可行和可持續，有望廣泛應用于電力系統中。中國在儲能技術的應用方面取得了顯著進展，通過建設大規模的儲能電站，提高了電網的穩定性，減少了可再生能源的浪費，同時也促進了可再生能源的發展。這些數據和案例清楚地表明，儲能技術在解決高比例可再生能源并網帶來的挑戰方面發揮著關鍵作用，為中國的電力系統提供了可靠性和可持續性。

5 智能電網管理系統的采用

智能電網管理系統是采用應對高比例可再生能源并網對電網穩定性挑戰的重要解決方案之一。在中國等許多國家，智能電網管理系統已經得到廣泛應用，并取得了顯著的成果。智能電網管理系統（Smart Grid Management System）是一種先進的電力系統管理工具，它利用現代信息技術和通信技術來監控、控制和優化電力系統的運行。

智能電網管理系統的核心功能包括以下幾個方面。

第一，實時監測和數據采集。實時監測和數據采集能夠監測電力系統各部分工作狀態及可再生能源發電情況，通過傳感器和通信設備收集實時數據。第二，系統可以實現遠程控制和操作，允許運營人員遠程控制開關、變壓器等組件，應對緊急情況，迅速恢復供電，減少停電時間。第三，系統可以進行負荷管理和優化，根據實時數據調整發電和分配策略，以確保電力系統穩定和高效，充分利用可再生能源。這些功能提高了電網的韌性和可靠性，為可再生能源的大規模集成提供支持[5]。第四，故障檢測和預測。系統可以自動檢測電力系統中的故障，并進行故障診斷。此外，系統還可以利用數據分析和機器學習來預測潛在的故障，從而采取預防措施。

6 中國的智能電網管理系統應用案例

中國一直在積極推進智能電網管理系統的開發和應用。例如，中國南方電網公司采用了智能電網管理系統來監控和管理廣大的電力網絡，特別是在可再生能源高比例并網情況下。該系統實時跟蹤太陽能和風能發電的波動性，并通過智能分配來調整電力供應，以確保電網的穩定性。中國華北電網公司采用智能電網管理系統來實現電力系統的遠程控制和操作。在極端天氣條件下，該系統可以迅速調整電力分配，防止電力系統過載和停電。這個系統在未來能源轉型中將繼續發揮關鍵作用，為可持續能源供應和電力系統的現代化做出貢獻。

7 結語

高比例可再生能源并網雖然對電網穩定性帶來了挑戰，但也提供了相應的發展機會。解決這一問題的關鍵在于提高電網的靈活性，利用儲能技術，并采用智能電網管理系統。通過合理規劃和技術創新，我們可以實現可再生能源與電網的協同發展，確保電力系統的可靠性和穩定性。在可再生能源的快速發展背景下，這一問題的解決對未來的能源轉型至關重要。