智能電網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

王 鵬/新疆鐵道職業(yè)技術學院

智能電網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

王 鵬/新疆鐵道職業(yè)技術學院

現(xiàn)代電力系統(tǒng)由于大量具有波動性的可再生能源接入以及日益活躍的需求側推動電力工業(yè)朝智能電網(wǎng)的目標逐步推進。智能電網(wǎng)的出現(xiàn)對已有的電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與控制帶來較大影響。本文介紹了中國智能電網(wǎng)的發(fā)展、目標和特征，討論了在智能電網(wǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析與運行、智能調度、大規(guī)模風電接入、分布式發(fā)電所帶來的新問題。

智能電網(wǎng)；穩(wěn)定性分析；穩(wěn)定運行；分布式發(fā)電；需求側響應

隨著全球資源環(huán)境壓力的不斷增大，電力市場化進程的不斷推進及用戶對電能可靠性和質量要求的不斷提升，要求未來的電網(wǎng)必須能夠提供更加安全、可靠、清潔、優(yōu)質的電力供應，能夠適應多種能源類型發(fā)電方式及客戶自主選擇的需要。為此，世界各國都提出要建設靈活、清潔、安全、經(jīng)濟、友好的智能電網(wǎng)，并將智能電網(wǎng)視為未來電網(wǎng)的發(fā)展方向。

到目前為止,智能電網(wǎng)還沒有一個統(tǒng)一而清晰的定義，還處于研究的初期階段。我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展時期，負荷增長快且能源分布不均，電網(wǎng)結構也比較薄弱，變化快。所以我國智能電網(wǎng)的研究重點是加快建立特高壓骨干網(wǎng)架，運用大量新技術提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平。

1.智能電網(wǎng)建設

各國根據(jù)自己的實際情況正在建立適合國情的智能電網(wǎng)，中國的智能電網(wǎng)建設相對較晚，但目前已經(jīng)取得重視并提出了自己的發(fā)展目標和規(guī)劃。

1.1中國智能電網(wǎng)

我國對于能夠降低化石能源消耗、節(jié)能減排的智能電網(wǎng)需求非常迫切。按照規(guī)劃，我國2010年風電裝機將達到3500萬kW，2020年風力、太陽能等可再生能源的發(fā)電裝機容量將達到總裝機容量的16％，2050 年風力、太陽能等可再生能源的發(fā)電裝機容量將達到總裝機容量的30％。如何適應大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電的高速發(fā)展是我國建設智能電網(wǎng)面臨的一個重要問題。

結合國際電網(wǎng)技術發(fā)展方向和我國電網(wǎng)發(fā)展特點，國家電網(wǎng)公司重點組織開展了新型能源接入、特高壓輸電、大電網(wǎng)運行控制、數(shù)字化變電站與數(shù)字化電網(wǎng)、靈活交直流輸電及儲能、電網(wǎng)防災減災與城鄉(xiāng)電網(wǎng)安全可靠供電、電網(wǎng)環(huán)保與節(jié)能等方面的研究，在特高壓輸電技術、電網(wǎng)廣域監(jiān)測分析保護控制技術、電網(wǎng)頻率質量控制技術、穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)/動態(tài)三位一體安全防御技術和自動電壓控制技術等方面處于國際領先地位。

1.2智能電網(wǎng)的特點

中國智能電網(wǎng)的特征是信息化、數(shù)字化、自動化、互動化，簡稱 “四化”。信息化就是各種實時和非實時信息的高度集成、共享和利用；數(shù)字化就是電網(wǎng)對象、結構及狀態(tài)的定量描述和各類信息的精確高效采集與傳輸；自動化就是電網(wǎng)控制策略的自動優(yōu)選、運行狀態(tài)的自動監(jiān)控和故障狀態(tài)的自動恢復；互動化就是電源、電網(wǎng)和用戶資源的友好互動和協(xié)調運行。

2.智能電網(wǎng)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

和傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)更關注系統(tǒng)中信息的傳輸、分析和利用。它能優(yōu)化各級電網(wǎng)的控制，構建結構扁平化、功能模塊化、系統(tǒng)組態(tài)化的柔性體系架構，并通過集中與分散相結合的方法，靈活變換網(wǎng)絡結構、智能重組系統(tǒng)架構、最佳配置系統(tǒng)效能，使電網(wǎng)服務質量得到優(yōu)化。而分布式電源的接入，其間歇性和不確定性給電網(wǎng)供電造成很大的影響，使得配電網(wǎng)絡的結構和潮流更復雜。

2.1智能大電網(wǎng)骨架的安全穩(wěn)定控制

中國的智能電網(wǎng)要求根據(jù)超高壓電網(wǎng)形成的過程規(guī)律和特高壓輸電的作用，以及國家發(fā)電資源和負荷中心的地理分布特點，加快建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的國家電網(wǎng)。

2020年前為特高壓建設的高峰期，也是形成特高壓電網(wǎng)的過渡期。在此期間電網(wǎng)結構變化很快，在制定控制策略時應考慮時空的協(xié)調。時間協(xié)調是指所制定的控制策略應盡量滿足電網(wǎng)結構隨時間變化的需求。空間協(xié)調是指電氣距離相近的控制裝置間應協(xié)調優(yōu)化。

2.2智能電網(wǎng)中的安全穩(wěn)定分析軟件

智能調度是智能電網(wǎng)的重要組成部分。與傳統(tǒng)的安全穩(wěn)定分析軟件相比，智能電網(wǎng)環(huán)境下的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析與預防控制軟件系統(tǒng)還應該具有以下功能：

1）進行量化分析，給出各種狀態(tài)的安全穩(wěn)定裕度；

2）快速的篩選、處理、分析大量的數(shù)據(jù)，滿足在線分析的需求；

3）動態(tài)監(jiān)視電網(wǎng)的運行狀態(tài)，并提供各種直觀、準確、方便的可視化表現(xiàn)手段；

4）發(fā)現(xiàn)各種潛在的安全威脅，提供各種安全威脅發(fā)生后的控制策略和控制后的安全穩(wěn)定裕度；

5）在線監(jiān)視和分析低頻振蕩，實時監(jiān)控振蕩模式的變化；

6）對電網(wǎng)的各種擾動精確的識別；

7）具有自動調整和優(yōu)化功能，當監(jiān)測到一個運行方式穩(wěn)定裕度過低時，能自動地做出調整使穩(wěn)定裕度更高，并將調整過程和結果顯示給調度人員。

2.3分布式電源的接入

智能電網(wǎng)的一個重要特點是電源結構的多元化，隨著智能電網(wǎng)的不斷建設，分布式電源將越來越多的接入系統(tǒng)。它們最終將實現(xiàn)所有電壓等級上的互聯(lián)，實現(xiàn)“即插即用”。

分布式發(fā)電的特點是：

1） 安全、高效、經(jīng)濟、環(huán)保，是供電安全防護和應急處理的理想設施；

2） 投資少、回收快。

分布式電源的接入可以減少對外來能源的依賴并在故障時繼續(xù)供電，提高供電可靠性。但隨著分布式發(fā)電在智能電網(wǎng)中占比越來越大，和其自身容量的增大，將給區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析帶來影響。因此還需研究如下問題：

1）對各類分布式電源的并網(wǎng)標準做進一步研究。

2）對各類分布式電源的建模方法、參數(shù)選取做進一步研究。

3）分析各類分布式電源的靜態(tài)和動態(tài)特性。

4）對地區(qū)電網(wǎng)中的大量分布式電源的等值方法進行研究。

2.4大規(guī)模風電接入對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

風能具有隨機性、波動性的特征，其大范圍的波動會對系統(tǒng)運行產生巨大影響。從靜態(tài)來講，可能會存在由潮流的大范圍轉移造成的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性或者線路阻塞等問題，而從動態(tài)的角度考慮，可能會導致短路容量增加、系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性發(fā)生變化等等。此外，風電場往往處于偏遠地區(qū)，本身電網(wǎng)薄弱可能會加重其對穩(wěn)定性的影響。

2.5需求側響應

需求測響應（DR）是智能電網(wǎng)中在用戶層級上的應用，通過電價或某種激勵方式，在市場電價較高或者系統(tǒng)運行可靠性較低時引導用戶配合改變正常用電方式，減少用電需求。其理想形式是“虛擬發(fā)電廠”，此形容指負荷可以像發(fā)電廠一樣為系統(tǒng)提供調節(jié)能力，同時其調節(jié)控制可像發(fā)電機組一樣的準確可控。而這就需要與智能電網(wǎng)的發(fā)展相結合，從根本上提升控制技術。

通過發(fā)展高效可靠的DR控制手段可對電網(wǎng)的運行管理起到如下作用：

1）通過負荷的平移，減小峰谷差，提高電力設備利用率，改善資產管理，同時降低或者緩解電價；

2）提供調頻能力，平抑可再生能源接入引起的波動，改善電能質量，同時降低網(wǎng)損；

3）提供緊急備用，取代部分旋轉備用容量，減少停電間隔和停電頻率，有效地消除區(qū)域性大停電。

DR 也是緩解系統(tǒng)短期容量短缺和延緩電網(wǎng)升級投資的有效手段，尤其是在可再生能源發(fā)電滲透率快速提高的情形下，通過 DR來應對可再生能源出力的波動和參與輔助服務具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.總結

我國智能電網(wǎng)發(fā)展的總體目標是以特高壓網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的電網(wǎng)為基礎，利用先進的通信、信息、和控制技術，構建以信息、數(shù)字化、自動化、互動化、為特征的自主創(chuàng)新、國際領先的智能電網(wǎng)。

為了建成這樣的智能電網(wǎng)，電力系統(tǒng)必須進行根本性變革。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，特別是分布式電源的大規(guī)模接入，電網(wǎng)的結構特征、運行方式和能源結構都將發(fā)生很大的變化。這給傳統(tǒng)的電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提出了很大的挑戰(zhàn)，也說明傳統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法不再適用，需要研究適應電網(wǎng)發(fā)展的新方法，確保智能電網(wǎng)的順利建設和運行。

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