新能源接入智能電網的相關技術研究

摘要：隨著全球能源危機與環境問題日益嚴峻，新能源開發與利用已經成為各行各業發展的重要方向。新能源接入智能電網是加大新能源應用范圍的關鍵一環，但其中也涉及諸多技術性問題，如并網后協調性、穩定性問題等，這就需要加強新能源接入智能電網相關技術的研究工作。闡述新能源接入智能電網技術特點與并網需求，探究新能源并網措施，包括電力電子變換、并網控制策略、儲能技術等，并針對當前新能源接入智能電網所面臨的挑戰提出相應的應對措施，旨在加強新能源并網效益、減少新能源并網后對智能電網的負面影響。

關鍵詞：新能源"智能電網"電平"儲能"最大功率點跟蹤

Research"on"Related"Technologies"of"New"Energy"Integration"into"Smart"Grid

CHEN""Meizhen

Sanming"Yiyuan"Electric"Power"Survey"and"Design"Co.，"Ltd.，"Sanming，"Fujian"Province，"365000"China

Abstract："With"the"increasingly"severe"global"energy"crisis"and"environmental"issues，"the"development"and"utilization"of"new"energy"has"become"an"important"direction"for"the"development"of"various"industries."The"integration"of"new"energy"into"the"smart"grid"is"a"key"link"in"expanding"the"scope"of"new"energy"applications，"but"it"also"involves"many"technical"issues，"such"as"coordination"and"stability"issues"after"grid"connection."This"requires"strengthening"research"work"on"relevant"technologies"for"the"integration"of"new"energy"into"the"smart"grid."It"elaborates"on"the"technical"characteristics"and"grid"connection"requirements"of"new"energy"integration"into"the"smart"grid"and"explores"new"energy"integration"measures，"including"power"electronic"conversion，"grid"connection"control"strategies，"energy"storage"technology，"etc."In"response"to"the"challenges"faced"by"new"energy"integration"into"the"smart"grid，"corresponding"measures"are"proposed"to"strengthen"the"benefits"of"new"energy"integration"and"reduce"the"negative"impact"of"new"energy"integration"on"the"smart"grid.

Key"Words："New"energy;"Smart"grid;"Electrical"level;"Energy"storage;"Maximum"power"point"tracking

能源是現代社會發展的基石，傳統的化石能源不僅面臨資源枯竭的危機，還引發了嚴重的環境問題。在此背景下，新能源如太陽能、風能、水能等以其清潔、可再生的特點受到了廣泛關注。然而，新能源的波動性、間歇性和隨機性給其與電網的并網運行帶來了諸多技術難題。因此，深入研究新能源接入智能電網技術對推動能源轉型、保障電力系統的穩定運行具有重要的意義。

1新能源的特點與并網需求

1.1"新能源的特點

1.1.1"太陽能

太陽能是一種是常見的新能源，能量密度相對較低，因此，需要大面積的收集裝置才可獲取足夠能量。同時，太陽能獲取較為依賴天氣狀況，在陰雨天，能量獲取會大幅度減少。此外，不同季節、地基位置也會影響其能量產出[1]。

1.1.2"風能

自然界風速隨機波動，導致風能輸出功率波動十分劇烈。即便是相同地點，在不同時刻的風速也難以預測。再加上風能資源分布較為分散，需要大規模風力發電廠集中收集和轉化。

1.1.3"水能

相比來看，水能的穩定性更高一些，但也并非完全可靠。水能會受到水文條件限制，如河流水量季節性變化、降水量等，且水能開發還可能會威脅到生態環境，如影響魚類洄游、改變河流生態等。

1.2"新能源的并網需求

1.2.1"穩定的功率輸出

新能源接入智能電網中，其間歇性、波動性可能會造成智能電網失衡，這就需要盡可能使其平滑輸出功率，避免對電網造成過大的沖擊。可以借助儲能裝置、智能控制算法對新能功率輸出進行調節。

1.2.2"電能質量達標

需要保障新能源電壓、頻率的穩定性，避免產生過多的諧波，維持三相電流平衡度，否則會對電網中其他設備的正常運行造成負面影響，導致電能利用率有所降低。

1.2.3"具備有功、無功調節能力

有功功率調節有助于維持電網功率平衡，無功功率調節可以保持電網電壓的穩定性。因此，在新能源發電設備中，必須要配備控制裝置，采取有效控制策略，使其可根據電網需求對有功、無功功率輸出進行實時調節。

2"新能源接入智能電網的相關技術與應用

2.1"電力電子變換技術

2.1.1"電力電子裝置

在新能源電力系統中，電力電子裝置起到核心作用。例如：在太陽能光伏發電系統中，光伏逆變器是直流、交流轉化的核心裝置。目前，主流設備包括集中式、組串式、微型等逆變器形式。大型光伏電站適用于集中式逆變器，功率范圍普遍達到500"kW以上，轉換率不低于98"%；分布式光伏發電系統適用于組串式逆變器，功率在10～100"kW之間，轉換效率不低于97nbsp;%；小型屋頂光伏系統適用于微型逆變器，雖然功率小（最大只有幾千瓦），但實施起來更加靈活。

2.1.2"關鍵性能指標

1. 轉換效率。高轉換效率可以提升新能源發電系統的發電效率，有助于降低運行成本。例如：光伏逆變器每提升1"%轉換效率，則運行3年即可節省近千度電。當前，國內先進的光伏逆變器轉換效率已經達到了99"%以上。
2. 可靠性。可靠性指標主要影響系統在各類環境下運行的穩定性和安全性。由于大部分新能源發電裝置都被安裝到戶外，面臨著暴雨、高溫、風沙等惡劣環境，因此，這就需要保障新能源信號的散熱、耐高濕、耐高溫、抗干擾的性能。
3. 電能質量控制能力。電力電子裝置在運行中會生成諧波，對電網的電能質量造成影響。如果一臺1"MW光伏逆變器產生超過5%的諧波電流，則需要采取濾波措施降低濾波生成量。此外，電力電子裝置還要具備平衡三相電流、抑制電壓波動等功能，確保所輸出的電能質量達標[2]。

2.1.3"多電平變換技術

該項技術是指通過增加電平數量降低輸出電壓諧波含量，使其電能質量提升。常見的多電平拓撲結構有二極管箝位型、飛跨電容型和級聯"H"橋型等。以級聯"H"橋型多電平逆變器為例，其每相由多個"H"橋單元串聯組成，通過控制每個"H"橋單元的輸出電壓，可以合成接近正弦波的輸出電壓。與傳統的兩電平逆變器相比，級聯H橋型電平輸出電壓諧波含量至少降低50"%。近些年，多電平變換技術在高壓大容量新能源發電系統中已經得到了應用。

2.2"儲能技術

2.2.1"技術類型

1. 電池儲能。電池儲能是應用最廣泛的儲能形式。近些年，以鋰離子電池為主要類型，這是因為鋰離子電池能量密度高、循環壽命長，因此，在新能源并網領域中被廣泛應用。鉛酸電梯能量密度低，大約在40"Wh/kg"左右，但具有更低的成本，因此有一定的市場份額。
2. 超級電容器儲能。該技術可以實現快速充放電，功率密度很高，短時間即可提供大功率輸出，特別是適用于快速功率補給場合。
3. 飛輪儲能。該技術適用于短時間大功率能量儲存，具有90"%以上的充放電效率。

2.2.2"儲能技術作用

1. 平抑功率波動。例如：在風能發電系統中，輸出功率可以在短時間內出現較大波動，借助儲能系統快速充放電功能，即可減少波動系數。如果10"MW風電場配備2"MW/1"MWh儲能系統，則其功率波動可降低30"%左右[3]。
2. 改善電能質量。儲能裝置具有無功功率補償的作用，抑制諧波。電網中含有大量非線性負載，配合相當容量的儲能系統，可以有效降低諧波含量，保障電能質量。
3. 提供備用電源。一旦智能電網出現故障、停電情況，可以快速切換到儲能系統繼續供電，保持供電的連續性。一些重要場所配備儲能系統，即便電網停電，依然可以保持數小時供電。

2.2.3"控制策略

根據新能源發電和智能電網運行狀態靈活調整充放電控制參數。如果新能源供電系統發電過剩，則給儲能系統充電；如果發電功率不足，則此時儲能系統放電。借助智能監控系統對電網頻率、電壓等參數實時監控，保障充放電控制的精準度。

2.3"并網控制策略

2.3.1"MPPT控制

最大功率點跟蹤控制（Maximum"Power"Point"Tracking，MPPT）是保障新能源發電系統高效運行的核心技術。MPPT控制方法有很多，其中，基于擾動觀察法較為常用，主要是周期性對光伏電池工作電壓、電流進行微小擾動，前后對比擾動變化。如果功率增大，則表明擾動方向正確，繼續沿著該方向擾動；如果功率減小，則表明擾動方向錯誤，需要改變擾動方向"[4]。

2.3.2"有功、無功控制

針對有功和無功功率，可以采用基于電網電壓定向矢量控制方法。在實際應用中，將交換量轉化為直流量展開控制，可以獨立調節有功、無功功率。

下垂控制方法也是常見的方式，該技術模擬了傳統發電機的下垂特性，可以根據本地電氣量自主調節分布式電源傳輸功率。例如：在多個分布式電源搭建的微電網系統中應用下垂控制策略，一旦電網頻率偏差超過0.5"Hz，系統會自動調節有功功率，從而保障電網頻率的穩定性[5]。

2.3.3"電網同步控制

鎖相環技術作為較為常見的電網同步措施，可以實時檢測電網電壓的相位和頻率，讓新能發電系統與電網電壓輸出保持一致。例如：在500"kW光伏并網系統中應用鎖相環技術，可以讓新能源發電系統和電網系統的相位同步誤差控制在0.5°以內，保證了并網的穩定性。

3"新能源借助智能電網的影響與應對措施

3.1"新能源借助智能電網的影響

新能源接入電網的位置與出力大小都會對電網功率流動方向和大小造成影響。例如：大量分布式光伏發電系統接入到配電網末端，很可能導致局部線路潮流反向，造成電路過載問題。一旦分布式光伏滲透率達到20"%以上，部分線路負載率可能超過80%。再加上引得動態特性也是一大問題，這是因為新能源發電系統的響應速度、控制特性與電網不同，從而引發低頻震蕩等問題[6]。

3.2"新能源借助智能電網影響的應對措施

1. 電網規劃階段，應充分考慮新能源分布與出力特性，通過優化電網結構來提升輸電能力，如采用高等級輸電線路、增加變電站容量等；積極應用柔性交流輸電系統（Flexible"Alternative"Current"Transmission"Systems，FACTS）設備，靈活調節電網參數，保障適應性。
2. 通過精確的新能源出力預測，結合負荷需求，合理安排傳統發電機組的運行方式，實現源網荷的協同優化。人工智能技術、大數據技術等可以有效提升能源處理預測精度（理論可達90%以上），從而對調度計劃進行有效控制。
3. 針對電壓波動和閃變，可以安裝靜止無功補償器、靜止同步補償器等裝置；對于諧波污染，可以安裝濾波器，如無源濾波器、有源濾波器等。

4"結語

綜上所述，新能源接入智能電網是能源領域的重要發展方向，雖然面臨諸多技術挑戰，但隨著技術的不斷進步和創新，新能源在電力系統中的占比將不斷提高。未來，需要進一步加強技術研發，針對如今新能源接入智能電網中現存的問題與挑戰，采取更加有效的解決方案，進一步推動新能源并網技術的發展，實現能源的清潔、高效和可持續供應，為人類社會的發展提供堅實的能源保障。

參考文獻

[1]"李潘星.智能電網新能源接入電能質量監測與分析技術研究[J].電力設備管理，"2024（01）：99-101.

[2]"吳笛.新能源接入智能電網的技術分析[J].太陽能學報，2023，44（9）：554.

[3]"袁至.新能源接入對智能配電網的影響及對策[J].科技資訊，2022，20（24）：42-45.

[4]"李勝男，何鑫，張丹，等.新能源并網點阻抗比對臨界短路比的影響分析[J].云南電力技術，2024，52"（1）：15-20.

[5]"暢昶.SVG協同風電場并網后的電壓精細化控制策略研究[D].成都：西南交通大學，2021.

[6]"許志業.基于改進型鎖相環和電感辨識的并網逆變器魯棒模型預測控制[D].鄭州：鄭州輕工業大學，2022.