可再生能源接入對(duì)電網(wǎng)的影響

李淼　李建軍　蘇海飛

[摘要]針對(duì)越來(lái)越多的可再生能源發(fā)電接入配電網(wǎng)的事實(shí)，可再生電源對(duì)電網(wǎng)尤其是配電網(wǎng)的產(chǎn)生影響，主要包括對(duì)繼電保護(hù)、電壓質(zhì)量以及電力系統(tǒng)的影響，提出對(duì)可再生電源接入電網(wǎng)位置、新能源接入電網(wǎng)后智能算法以及新興能源利用法規(guī)的研究，使可再生能源能大規(guī)模為電網(wǎng)接納。

[關(guān)鍵詞]可再生電源 并網(wǎng) 配電網(wǎng)

一、可再生能源的利用

現(xiàn)代化的發(fā)展以電氣化、信息化為主要驅(qū)動(dòng)力，這就要求可靠穩(wěn)定的電源支撐，為此應(yīng)開(kāi)展服務(wù)現(xiàn)代化的可再生能源電力供電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)清潔、高效、可靠、經(jīng)濟(jì)供電。

可再生能源供電技術(shù)具有清潔環(huán)保的特點(diǎn)，是現(xiàn)代綠色用能的必然選擇。在使用中不消耗一次化石能源，無(wú)碳排放，不會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)?？稍偕茉垂╇娫O(shè)施結(jié)構(gòu)緊湊，少占或者不占用耕地，更換方便，易于移除。

可再生能源發(fā)電是能源消費(fèi)革命和轉(zhuǎn)型的重要內(nèi)容，可再生能源發(fā)電技術(shù)在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛關(guān)注。在我國(guó)，可再生能源發(fā)電受到高度重視，國(guó)務(wù)院制定的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中，能源被放在了重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域的首位，并且明確提出要大力開(kāi)展“可再生能源低成本規(guī)?；_(kāi)發(fā)利用”和“間歇式電源并網(wǎng)及輸配技術(shù)”。國(guó)家發(fā)改委也專門(mén)頒布了《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄》，用于指導(dǎo)可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是可再生電源的接入配電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響也是顯而易見(jiàn)的，如何分析和解決好可再生電源接入電網(wǎng)的問(wèn)題成為重要的課題。

二、可再生電源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響

2.1對(duì)繼電保護(hù)的影響

我國(guó)配電網(wǎng)保護(hù)大多數(shù)都是斷路器的三段式電流保護(hù)，以新疆阿拉爾電力公司為例，10kV饋線均由35、110kV變電站的10kV母線送出，大部分饋線是直接向用戶供電的終端線路。而三段式電流保護(hù)包括：瞬時(shí)速斷、定時(shí)限速斷和過(guò)流保護(hù)。其中，瞬時(shí)速斷保護(hù)按照躲過(guò)線路末端故障產(chǎn)生的最大三相短路電流的方法整定，定時(shí)限電流速斷保護(hù)按照線路末端故障有靈敏度并與相鄰線路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)配合的方法整定；過(guò)電流保護(hù)按照躲線路最大負(fù)荷電流并與相鄰線路的過(guò)電流保護(hù)配合的方法整定，能夠保護(hù)相鄰線路的全長(zhǎng)。

當(dāng)原配電系統(tǒng)引入可再生電源后，原有配電網(wǎng)絡(luò)的電源結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，由單電源、輻射型供電網(wǎng)絡(luò)變成多電源共存的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)的潮流的方向開(kāi)始隨機(jī)變化，如果線路發(fā)生故障，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中故障電流的大小和流向都會(huì)受到引入可再生能源的影響，這與引入可再生能源前產(chǎn)生很大的不同，傳統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)不能適應(yīng)這一變化。因此，出現(xiàn)線路保護(hù)拒動(dòng)或者誤動(dòng)作現(xiàn)象，靈敏度大大降低，選擇性變差。

2.2對(duì)電壓的影響

可再生能源中并網(wǎng)的光伏電源是將光伏電池陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電之后再并入交流電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)能變成配電網(wǎng)要求的電能并入電網(wǎng)。不論是光伏電源還是風(fēng)力發(fā)電由于其資源分布和能源變化的不均衡性、隨機(jī)性、間歇性特點(diǎn)，導(dǎo)致了并網(wǎng)的電源的輸出具有不確定性、可調(diào)可控性差。同樣，由于光伏和風(fēng)力電源的接入配電網(wǎng)，使配電網(wǎng)的輻射結(jié)構(gòu)變化、潮流改變，從而改變了系統(tǒng)電壓分布，對(duì)配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。

例如一個(gè)重要負(fù)荷區(qū)安裝了風(fēng)力發(fā)電，當(dāng)該區(qū)域內(nèi)由于氣候變化導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)生突變的時(shí)候，風(fēng)力風(fēng)電效率將隨著降低，進(jìn)而使該區(qū)域功率有缺失的危險(xiǎn)，甚至危及到該地區(qū)電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定的問(wèn)題。

2.3對(duì)電力系統(tǒng)的影響

可再生能源發(fā)電并網(wǎng)后對(duì)現(xiàn)有電力系統(tǒng)的影響也很大。主要表現(xiàn)在：

1.對(duì)發(fā)電、長(zhǎng)距離輸電線路需求下降。由于可再生電源的接入，部分負(fù)荷和新增負(fù)荷由可再生電源供給，另外由于可再生電源的削峰填谷的作用，因此現(xiàn)有發(fā)輸電設(shè)施的利用率提高，而其他僅為滿足高峰負(fù)荷需要的發(fā)輸電設(shè)施需求降低。

2.對(duì)配電系統(tǒng)的影響巨大。配電網(wǎng)由傳統(tǒng)的輻射形式轉(zhuǎn)變成因增加了可再生電源變成多電源的形式，原本一些配電單元結(jié)構(gòu)反而變成了發(fā)電單元，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，給電網(wǎng)的控制和管理帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。使傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行、規(guī)劃和電壓控制等都發(fā)生了變化，新型配電網(wǎng)的管理需要新的模式和方式，可再生能源之間的協(xié)調(diào)控制與調(diào)度也需要相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范來(lái)執(zhí)行，總之，新型配電網(wǎng)的研究成為今后電力系統(tǒng)的重要內(nèi)容。

3.對(duì)電力市場(chǎng)走向和格局產(chǎn)生影響。可再生電源的引入使電力公司和客戶之間形成了新型關(guān)系，電力公司和用戶之間可以相互買(mǎi)電和賣(mài)電，來(lái)滿足用戶和電力公司彼此的用電和消峰需求，另外，可再生能源的引入，為其他新能源（如生物質(zhì)發(fā)電等）進(jìn)入提供先例，這將加劇電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，電力市場(chǎng)的格局和走向?qū)l(fā)生巨大變化。

2.4對(duì)有功功率的影響

由于光伏發(fā)電具有不穩(wěn)定行，隨機(jī)波動(dòng)性大，而且并聯(lián)到電網(wǎng)時(shí)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，伏電源的這些特性使得大規(guī)模光伏接入后系統(tǒng)的特性發(fā)生變化。

由于大量的光伏陣列的接入電網(wǎng)，其不穩(wěn)定性對(duì)有功平衡影響大，也影響了系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)，同時(shí)電網(wǎng)大規(guī)模接入無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的光伏陣列后，由于并網(wǎng)后這些能源替代了汽輪機(jī)、水輪機(jī)發(fā)電，使傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低，降低了系統(tǒng)電網(wǎng)功率和頻率的調(diào)節(jié)能力，危機(jī)情況還會(huì)使頻率變化變大，超出允許范圍內(nèi)，保護(hù)失控。

三、總結(jié)

針對(duì)電網(wǎng)尤其是配電網(wǎng)增加了可再生發(fā)電，為使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)該采取一些長(zhǎng)遠(yuǎn)措施和規(guī)劃來(lái)解決電網(wǎng)因接入可再生電源而產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。

為保證電網(wǎng)中各個(gè)保護(hù)之間的配合，應(yīng)該適時(shí)的控制可再生電源接入的數(shù)量和位置，同時(shí)增加限流器，控制短路電流的大小，使其控制在保護(hù)范圍內(nèi)。另外，研究新型電流故障算法，例如提出廣域保護(hù)概念，來(lái)解決傳統(tǒng)電網(wǎng)中的難題。

對(duì)于配電線路末端接入的可再生能源，應(yīng)對(duì)滲透率、線路長(zhǎng)度、電網(wǎng)負(fù)荷等指標(biāo)進(jìn)行研究，找出并網(wǎng)的可再生能源對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響。

可再生能源在電力市場(chǎng)影響方面，應(yīng)該加快制定可再生能源及能源綜合利用的政策、法規(guī)以及稅收政策等，提高這些能源利用的積極性。同時(shí)可再生能源選址征地、發(fā)電效率、并網(wǎng)電價(jià)等都是可再生能源進(jìn)一步發(fā)展需要解決的問(wèn)題。

可以預(yù)見(jiàn)，隨著可再生電源利用增加、技術(shù)水平提高，可再生能源的發(fā)展前景光明，其發(fā)電成本會(huì)降低，應(yīng)用范圍會(huì)不斷擴(kuò)大，在配電網(wǎng)乃至電力系統(tǒng)中都占用重要的地位。