新能源基地多能互補電力外送和消納方案的研究

張瑞杰

摘要：近年來，國家發(fā)展改革委、國家能源局貫徹黨中央、國務(wù)院決策部署，出臺了一系列政策措施，推動我國新能源發(fā)展和消納取得重大成就。2019年我國新能源發(fā)電累計裝機容量突破4億千瓦，相當(dāng)于德國和巴西兩國電源總裝機的總和。其中太陽能發(fā)電裝機容量突破2億千瓦，持續(xù)七年位居世界第一，是排名第二位美國的三倍。我國新能源發(fā)展規(guī)模持續(xù)領(lǐng)跑全球，以風(fēng)電、太陽能發(fā)電為代表的新能源逐漸顯現(xiàn)出從替代電源向主流電源發(fā)展的喜人態(tài)勢。新能源消納形勢取得顯著好轉(zhuǎn)，棄電量持續(xù)下降，新能源利用水平不斷提高。

關(guān)鍵詞：新能源消納;電網(wǎng)結(jié)構(gòu);電網(wǎng)承載力;反向負載率;熱穩(wěn)定

引言

近年來，隨著國家對新能源的重視與政策支持，以及光伏扶貧等政策的推進，以光伏為代表的新能源發(fā)電規(guī)模快速擴大，產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，光伏發(fā)電占比持續(xù)攀高。越來越多的分布式電源加入電網(wǎng)，改變了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)[1]，對傳統(tǒng)的電網(wǎng)運營影響較大[2]，引起了電網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)的變革。電力供給是優(yōu)化營商環(huán)境的重要內(nèi)容，不斷增強企業(yè)和群眾的獲得感是電網(wǎng)企業(yè)改革的主要方向。受電網(wǎng)架構(gòu)與建設(shè)周期的約束，“先接入、后治理”常常成為電網(wǎng)企業(yè)面對營商環(huán)境挑戰(zhàn)的常規(guī)選擇，引發(fā)新能源快速增長與電網(wǎng)承載力滯后之間的矛盾，使得電網(wǎng)消納新能源力的相對下降，造成棄光充風(fēng)等行為持續(xù)發(fā)生。

1消納能力分級評估設(shè)計思路

1.1新能源消納能力面臨的問題與挑戰(zhàn)

大量新能源快速入網(wǎng)，改變了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與潮流方向，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，有功潮流倒送在局部電網(wǎng)變得更為常見，新能源無序接入使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更為脆弱，消納能力增長滯后。長期以來，由于接入技術(shù)標(biāo)準的滯后，新能源在接入時缺少權(quán)威性的技術(shù)評估標(biāo)準，存在新能源大量無序入網(wǎng)的情況，導(dǎo)致新能源發(fā)電與局部負荷增長不匹配，有功潮流倒送上級電網(wǎng)，抬高了電網(wǎng)線損率指標(biāo)，影響到電網(wǎng)公司經(jīng)濟利益，而且還會對電網(wǎng)保護系統(tǒng)造成極大沖擊，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來新的威脅。通過電網(wǎng)新能源消納能力進行評估，建立有效的技術(shù)體系，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)消納新能源的瓶頸與結(jié)構(gòu)弱分布，是引導(dǎo)新能源規(guī)劃建設(shè)、對新能源接入薄弱環(huán)節(jié)進行有效治理的前提，在實踐中，我們發(fā)現(xiàn)，對電網(wǎng)進行分級評估，建立消納能力多級評估體系，根據(jù)評估結(jié)果，對新能源消納進行綜合治理，是不斷提升電網(wǎng)新能源消納能力的必由之路。

1.2分級評估設(shè)計思想

電網(wǎng)消納能力評估以保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和促進新能源健康有序發(fā)展為前提，按照“分層分區(qū)”原則，從總體到局部開展。從新能源接入來看，受容量限制，分布式新能源主要接入低壓220/380V，以及10kV，當(dāng)超出饋線承載力之后，倒送到10kV母線、主變，最終將影響到220kV變電站。因此，新能源消納涉及到地縣兩級，需要地、縣兩級協(xié)同治理、共管共治，現(xiàn)有的新能源消納管理體系比較分散，缺少上下級的聯(lián)動以及協(xié)同配合，致使各縣公司新能源消納能力極端不均衡，部分時段，多個220kV變電站有功倒送主網(wǎng)，接近穩(wěn)定限額，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行壓力大，必須采取果斷措施消除電網(wǎng)安全運行重大隱患。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1主配網(wǎng)模型融合技術(shù)

消納能力評估的基礎(chǔ)是建立包括220kV至10kV饋線的多級電網(wǎng)模型，目前，35kV及以上電壓等級電網(wǎng)模型在OPEN3000SCADA系統(tǒng)中，10kV饋線電網(wǎng)模型，特別是拓撲聯(lián)絡(luò)模型，需要重新建立，電網(wǎng)拓撲模型。由于電網(wǎng)模型具有變動性，它隨著電網(wǎng)運營活動的變動而不斷變化，因此，10kV饋線模型要有一定的適應(yīng)性，它能夠隨著主網(wǎng)模型的變化而相應(yīng)的調(diào)整，在實踐中，采用了主配網(wǎng)模型松耦合通知技術(shù)。由模型監(jiān)測中心服務(wù)監(jiān)測主網(wǎng)模型變更，當(dāng)監(jiān)測到主網(wǎng)模型變更后，發(fā)送變更消納至配網(wǎng)模型。配網(wǎng)模型監(jiān)測到主網(wǎng)模型變化后，對模型變更進行評估，評估的依據(jù)是IEC61970模型的Energy-Consumer實例，一旦發(fā)現(xiàn)有新的模型，便啟動增量模型，通知使用人員進行更改。如果是運營活動引起的停役等活動，便做狀態(tài)標(biāo)記，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有退役時，標(biāo)記配網(wǎng)模型做相應(yīng)退役處理。

2.2基于微服務(wù)的數(shù)據(jù)封裝

傳統(tǒng)軟件架構(gòu)是集中部署一套大的Web應(yīng)用，將各類服務(wù)方法集中到整個應(yīng)用中，所有的開發(fā)者都在一個整體應(yīng)用環(huán)境下開發(fā)各個功能模塊。微服務(wù)架構(gòu)開創(chuàng)了全新的理念，提供了系統(tǒng)的模塊化的解決方案，將整個系統(tǒng)的每個服務(wù)方法單獨拆解出來，獨立成一個模塊，這樣拆解每個服務(wù)單獨開發(fā)、部署和測試，大大提高擴展性與可維護性。本系統(tǒng)微服務(wù)采用.NetCore微服務(wù)，基于分布式WCF技術(shù)進行開發(fā)與封裝，提高了開發(fā)與測試效率，部署比較容易。

3未來新能源消納需要關(guān)注的問題

新能源是我國能源轉(zhuǎn)型的主要力量，未來還將持續(xù)快速發(fā)展。2020年是“十三五”及實現(xiàn)國家清潔能源消納三年行動計劃目標(biāo)的收官之年，“十四五”期間新能源將進入平價上網(wǎng)和高質(zhì)量發(fā)展的新階段，在新能源持續(xù)發(fā)展的情況下，新能源消納也將面臨新的挑戰(zhàn)。新能源消納不僅受新能源裝機容量增長、電力需求增長、跨省跨區(qū)交易規(guī)模等多重邊界條件影響，也與新能源上網(wǎng)電價及補貼調(diào)整、可再生能源消納責(zé)任權(quán)重考核等政策息息相關(guān)。與此同時，國家對新能源消納工作監(jiān)管日趨嚴格，對電力行業(yè)服務(wù)新能源相關(guān)工作提出新的要求?？傮w來看，新能源消納需要關(guān)注以下問題：一是受新能源補貼退坡“關(guān)門”時間影響，可能造成新能源并網(wǎng)需求大增，給新能源消納帶來較大壓力。根據(jù)《國家發(fā)展改革委關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價政策的通知》（發(fā)改價格〔2019〕882號），2018年底之前核準的陸上風(fēng)電項目2020年底前仍未完成并網(wǎng)的，以及2019～2020年核準的陸上風(fēng)電2021年底前未并網(wǎng)的，國家不再補貼，且2021年1月1日開始，新核準的陸上風(fēng)電項目全面實現(xiàn)平價上網(wǎng)，國家不再補貼。根據(jù)初步梳理項目建設(shè)情況，我國2020年風(fēng)電并網(wǎng)需求將超過1億千瓦，而電網(wǎng)企業(yè)可接入的新增風(fēng)電裝機在2000～3000萬千瓦之間，若按各省最大并網(wǎng)需求開展測算，預(yù)計風(fēng)電利用率不能達到《清潔能源消納行動計劃（2018-2020年）》中要求的棄風(fēng)率控制在合理水平（力爭控制在5%左右）的目標(biāo)，須有序安排新能源裝機，以實現(xiàn)利用率95%的要求。二是隨著新能源裝機規(guī)模不斷增長，部分地區(qū)省間和省內(nèi)消納仍存在困難。部分地區(qū)新能源裝機規(guī)模遠超當(dāng)?shù)叵{能力，以西北地區(qū)為例，新疆、甘肅的新能源裝機已超過自身最大負荷的1.5倍，且新疆、甘肅風(fēng)電利用率以及新疆光伏利用率均低于95%。此外，“三北”地區(qū)和西南地區(qū)富余裝機規(guī)模超過4億千瓦，但跨區(qū)通道能力僅為7800萬千瓦，隨著特高壓直流配套電源的陸續(xù)投運，新能源外送通道空間將進一步萎縮。

結(jié)語

新能源自身的特性給新能源的并網(wǎng)外送帶來非常巨大的困難，想要提高對新能源的利用效率就必須解決掉這些困難，這樣才能夠使得電網(wǎng)能夠更好的消化掉新能源產(chǎn)生的電能，想要達成這個目標(biāo)，除了政府之外，還需要社會各界人士的共同努力。

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