試析協(xié)同新能源發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)

胡恬 盛發(fā)明

摘 要：隨著新能源發(fā)展速度的不斷加快，新能源發(fā)展與電網(wǎng)發(fā)展存在的不協(xié)調(diào)關(guān)系也越來越突出。因此，需不斷加強(qiáng)對(duì)試析協(xié)同新能源發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。本文主要從電網(wǎng)規(guī)劃中存在的問題入手，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析，旨在為電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性的提高提供更多可靠參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：新能源；電網(wǎng)規(guī)劃；關(guān)鍵技術(shù)

目前，新能源還尚未形成一個(gè)統(tǒng)一的概念，其為相對(duì)于傳統(tǒng)能源而言的一種能源。新能源作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，其對(duì)國家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展均具有重要的推動(dòng)作用[1]。新能源的充分開發(fā)和利用對(duì)人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有極為重要的意義和價(jià)值。隨著新能源的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)劃面臨更多的技術(shù)挑戰(zhàn)。只有加強(qiáng)對(duì)協(xié)同新能源發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃過程中存在的相關(guān)問題進(jìn)行全面分析，探討規(guī)劃過程中的關(guān)鍵技術(shù)，不斷優(yōu)化和提升相關(guān)技術(shù)，才能促進(jìn)新能源、電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)持續(xù)、健康發(fā)展。

1 現(xiàn)階段應(yīng)用較為普遍的新能源發(fā)電形式

目前，新能源的具體定義還尚未得到明確，但是從嚴(yán)格意義上講，新能源包括了可再生能源和分布式能源等諸多種新型能源形勢(shì)。具體來說，新能源具有有以下幾個(gè)特點(diǎn)：首先，多數(shù)新能源均是可再生能源，新能源多數(shù)為分布式能源。其次，在常規(guī)意義上，水能為一種能源利用形式，其也被歸納于可再生能源的研究范疇中。同時(shí)，水能也可作為集中式能源、分散式能源進(jìn)行綜合應(yīng)用。各種新能源的實(shí)際應(yīng)用均離不開相應(yīng)技術(shù)的支持。在目前的技術(shù)發(fā)展水平中，在電力規(guī)劃、電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的新能源類型主要為風(fēng)力發(fā)發(fā)電形式、太陽能光伏發(fā)電形式。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在風(fēng)力發(fā)電形式的應(yīng)用上，目前，在世界范圍內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)總?cè)萘恳呀?jīng)超出1.2億kW[2]。而我國的關(guān)風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)總?cè)萘课痪邮澜缗琶谒奈?，總?cè)萘恳呀?jīng)高于1200萬kW。目前，我國對(duì)風(fēng)力發(fā)電形式、技術(shù)的關(guān)注度、研究力度均還表現(xiàn)出不斷提高和深入的趨勢(shì)，并明確了風(fēng)力發(fā)電形式的具體發(fā)展目標(biāo)，力爭(zhēng)在2020年之前實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到甚至超過億級(jí)單位。在太陽能光伏發(fā)電形式的應(yīng)用上，我國太陽能光伏發(fā)電能源的研究以及應(yīng)用還均處于起步階段。目前，太陽能光伏發(fā)電在裝機(jī)總?cè)萘可弦呀?jīng)達(dá)到100MW單位，與國外諸多發(fā)達(dá)國家相比還存在較大差異。但是我國政府已經(jīng)高度重視該種新能源的研究和應(yīng)用，并不斷加大對(duì)該種新能源的研究、應(yīng)用、規(guī)劃等的扶植力度，明確規(guī)定我國要在2020年之前實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電的裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到或超過千萬單位?？傮w來說，各種新能源均存在巨大的發(fā)展空間，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度的不斷加快，其在各個(gè)領(lǐng)域中的價(jià)值會(huì)不斷得到提升。

2 協(xié)同新能源發(fā)展的電力系統(tǒng)發(fā)電技術(shù)

2.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

在目前技術(shù)條件下，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要是憑借電力電子背靠背變頻技術(shù)對(duì)發(fā)電功率參數(shù)的輸出進(jìn)行控制和調(diào)整。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)主要由主控制器、變距系統(tǒng)、調(diào)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)幾個(gè)裝置共同組成。因此，與常規(guī)電廠相互，應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)時(shí)電廠的并網(wǎng)方式存在較大差別。在憑借雙饋方式對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)進(jìn)行控制和處理的過程中，可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁頻率參數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)頻率進(jìn)行有效控制。同時(shí)，也可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁幅值的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電壓進(jìn)行有效控制。通過永磁直驅(qū)方式控制和處理的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的過程中，在電力電子器件處于正常作業(yè)狀態(tài)的情況下便可實(shí)現(xiàn)相關(guān)跟蹤和控制目的。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的在實(shí)際應(yīng)用中的最突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為沖擊電流參數(shù)較小，可有效實(shí)現(xiàn)有功和無功的控制。其關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為風(fēng)力發(fā)電接入不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的整體機(jī)電振蕩模式產(chǎn)生任何影響，不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的整體穩(wěn)定性造成任何影響。

2.2 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用也同樣需要相關(guān)技術(shù)支持。在目前的技術(shù)支持下，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)形式主要有3種，其分別為獨(dú)立戶用型、并網(wǎng)型、并網(wǎng)/獨(dú)立型。獨(dú)立戶用型指的是太陽能光伏整體系統(tǒng)的控制通過電壓源電壓來實(shí)現(xiàn)；并網(wǎng)型指的是太陽能光伏系統(tǒng)的整體控制主要憑借電壓源電流得以實(shí)現(xiàn)；并網(wǎng)/獨(dú)立型指的是實(shí)現(xiàn)PV和UPS的有機(jī)融合，憑借電壓源控制過程促進(jìn)切換動(dòng)作得有有效實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)的過程中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用該種技術(shù)最大的難度在于如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的質(zhì)量進(jìn)行有效控制。現(xiàn)階段，技術(shù)人員應(yīng)通過不斷提升載波頻率的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷優(yōu)化，同時(shí)積極對(duì)群控技術(shù)進(jìn)行綜合性應(yīng)用，從而來實(shí)現(xiàn)對(duì)注入電力系統(tǒng)的諧波電流參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。相關(guān)研究結(jié)果顯示，在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，必須要通過安裝保護(hù)/安自裝置的方式來最大限度地防止太陽能光伏發(fā)電接入改變電力系統(tǒng)潮流方向的工程中，裝置被熔斷或者斷路器裝置的運(yùn)行狀態(tài)受到影響，動(dòng)作失效等問題出現(xiàn)，進(jìn)而保證整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性[3]。

3 新能源接入對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

3.1 對(duì)功率的平衡產(chǎn)生影響

在電力系統(tǒng)中，電能供需平衡是其實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行的一個(gè)必要條件。在常規(guī)電網(wǎng)中，電網(wǎng)功率平衡的壓力主要來自于2個(gè)方面，第一為自于發(fā)電機(jī)組的有功調(diào)節(jié)能力，第二為來自于發(fā)電元件、輸電元件出現(xiàn)故障及負(fù)荷的波動(dòng)。這些問題的存在直接影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中頻率、功角、電壓等的穩(wěn)定性，對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰、系統(tǒng)調(diào)頻等提出更高的要求。協(xié)同新能源發(fā)展的電網(wǎng)規(guī)劃過程中，各種新能源的大規(guī)模接入會(huì)給原有問題增添更多元素。例如光伏發(fā)電、風(fēng)電的大規(guī)模接入會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用均產(chǎn)生影響。

3.2 對(duì)電網(wǎng)潮流產(chǎn)生影響

新能源接入電網(wǎng)的形式主要有分散、分布接入形式，也有經(jīng)匯流集中接入形式，其會(huì)對(duì)電網(wǎng)潮流的流向、分布產(chǎn)生不同程度的影響。新能源接入會(huì)使原有電網(wǎng)潮流的注入功率表現(xiàn)出明顯的多元化，進(jìn)而使得電網(wǎng)中的無功、有功的分布規(guī)律越來越發(fā)展，電網(wǎng)損耗的統(tǒng)計(jì)、控制難度也不斷加大。因此，需不斷加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電的潮流注入概率模型、概率潮流建模、概率計(jì)算、網(wǎng)損計(jì)算、安全校核等進(jìn)行深入分析和研究。

3.3 對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響

在電力系統(tǒng)中，為用戶提供高質(zhì)量的電能是主要任務(wù)。電能質(zhì)量問題在內(nèi)容上主要包含電流質(zhì)量、電壓質(zhì)量等。電能質(zhì)量會(huì)對(duì)電網(wǎng)、發(fā)電、用電相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況、工作效率、使用時(shí)間等產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至?xí)?dǎo)致電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。各種新能源的大規(guī)模接入會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所具有的波動(dòng)性會(huì)使電網(wǎng)出現(xiàn)畸變率、電壓波動(dòng)等諸多問題。但是隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷提高，風(fēng)電機(jī)組得到不斷改進(jìn)和優(yōu)化，促進(jìn)其電能質(zhì)量也得到不斷改善。同時(shí)，積極應(yīng)用高效無功電壓支撐設(shè)備、電力濾波設(shè)備也可促進(jìn)電力系統(tǒng)中的相關(guān)問題得到有效解決，提升電能質(zhì)量。提高電能質(zhì)量的關(guān)鍵在于對(duì)新能源接入對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響進(jìn)行定性分析，同時(shí)還需制定并不斷完善電能質(zhì)量的指標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)新能源并網(wǎng)的電能質(zhì)量實(shí)施科學(xué)的評(píng)估，以實(shí)際情況作為根據(jù)制定具有針對(duì)性的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 對(duì)電網(wǎng)安全性產(chǎn)生影響

保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性實(shí)施電力工作的核心內(nèi)容和主要目的。新能源發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)的同時(shí)運(yùn)行會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，為電網(wǎng)帶來新的穩(wěn)定、安全問題。因此，在應(yīng)用新能源發(fā)電形式和技術(shù)過程中，需加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全進(jìn)行科學(xué)仿真和校驗(yàn)。例如加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所存在的低電壓穿越能力進(jìn)行分析和檢測(cè)、對(duì)伏并網(wǎng)孤島問題進(jìn)行全面深入分析等。

4 結(jié)束語

電網(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及質(zhì)量直接關(guān)系到人們的正常工作和生活，關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)部分和發(fā)展前景。因此，在新能源快速發(fā)展的時(shí)代背景中，需及時(shí)認(rèn)識(shí)電網(wǎng)規(guī)劃存在問題，并采取有效措施進(jìn)行積極應(yīng)用，在電力系統(tǒng)中積極應(yīng)用相關(guān)新能源技術(shù)，促進(jìn)電網(wǎng)規(guī)劃得到不斷優(yōu)化，電力系統(tǒng)運(yùn)行效率及質(zhì)量得到不斷提升。

參考文獻(xiàn)

[1]彭波，徐乾耀，康重慶，等.面向新能源消納的電網(wǎng)規(guī)劃方法初探[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，10（12）：306-307.

[2]楊雍琦，段金輝，歐陽邵杰，等.新能源電力系統(tǒng)中需求側(cè)響應(yīng)關(guān)鍵問題及未來研究展望[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，5（17）：208-209.

[3]張新松，郭思琪，張程飛，等.基于時(shí)序仿真的新能源消納能力分析及其低碳效益評(píng)估[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，18（17）：511-512.

（作者單位：國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司）