新能源大規(guī)模接入對電網安全穩(wěn)定運行的影響分析

劉永強

【摘 ?要】新時期，能源資源緊缺、環(huán)境污染、氣候變化等問題逐漸受到人們的廣泛關注。因此，應高度重視對于新能源的開發(fā)利用，促進能源戰(zhàn)略轉型發(fā)展?；诖耍瑢π履茉创笠?guī)模接入對于電網安全穩(wěn)定運行所造成的不良影響進行分析，并對基于新能源大規(guī)模接入的電網安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)進行詳細探究。

【關鍵詞】新能源發(fā)電;電網;接入;安全

引言

構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)碳達峰碳中和的基礎，而新型電力系統(tǒng)是清潔低碳安全高效能源體系的重要組成部分，在新型電力系統(tǒng)中，要逐步實現(xiàn)可再生能源對化石能源的替代，而且要以化石能源效能為目標控制能源總量，以電力體制改革為動力，推動新型電力系統(tǒng)構建。

1中國能源電力發(fā)展的基本情況

根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2020年中國能源消費總量為49.8億噸標準煤，比上年增長2.2%;煤炭消費量增長0.6%，煤炭消費量占能源消費總量的56.8%，比上年下降0.9%;原油消費量增長3.3%;天然氣消費量增長7.2%;電力消費量增長3.1%;天然氣、水電、核電、風電等清潔能源消費量占能源消費總量的24.3%，上升1.0%。第一，中國能源消費總量在改革開放以后持續(xù)增長，尤其是21世紀以來總量增加很快。第二，能源結構以煤為主，但煤炭消費總量在2013年達到高值之后基本持平;煤炭消費所占比重逐步下降，但仍然占絕對主導地位。第三，石油消費總量持續(xù)增長，但增長速度低于天然氣。第四，非化石能源消費持續(xù)增長，能源消費增量部分主要由清潔能源填補?？傮w來看，中國能源消費仍然以化石能源尤其是煤炭為主，正在向清潔能源消費轉變。

2新能源發(fā)電接入對電網運行安全的不良影響

2.1新能源接入造成的低頻問題

2.1.1有關風電滲透率對于低頻振動的影響

一般相關的工作人員可以從系統(tǒng)的運行狀態(tài)、網絡拓撲等方面看出風電滲透率對低頻振蕩模式所帶來的影響，如果滲透率較高，那么就會給阻尼帶來相應的影響，還能通過提升滲透率及電壓來有效控制環(huán)路增益，從而達到優(yōu)化阻尼的目的。風電場受并網點方位、規(guī)模及其控制形式的影響，振蕩模式會出現(xiàn)一定的變化，而輕載運作有助于阻尼振蕩，重載會對阻尼振蕩帶來不利影響。

2.1.2有關光伏滲透率對于低頻振動的影響

如果互聯(lián)系統(tǒng)規(guī)模比較大，光伏滲透率比較高，就會對電力系統(tǒng)功角動態(tài)產生較大影響，尤其是會對阻尼區(qū)間低頻振蕩產生較大不良影響，分布式光伏可抑制區(qū)間振動。在光伏系統(tǒng)的實際應用中，不會產生新的低頻振蕩，如果光伏電站對于低頻振蕩的影響比較大，則這類光伏電站一般為小容量及非高滲透率形式。因此，如果將小容量光伏系統(tǒng)接入大容量電力系統(tǒng)中，易產生功率振蕩問題。

2.2新能源接入造成的高頻問題

通常，新能源接入問題所引發(fā)的高頻隱患一般來自功率過剩，又或者是因為受到擾動沖擊的影響，電網其他部分的聯(lián)絡通道在功率傳輸期間易產生一些不良的解列故障，外送功率的直流還會產生較為嚴峻的閉鎖事故等。進一步來說，新能源接入系統(tǒng)的高頻保護部分常常被用作維護發(fā)電機組本身，如果相關的工作人員設置不合理，那么極易引發(fā)系統(tǒng)故障，最終會引發(fā)新能源機組退出。許多新能源接入系統(tǒng)后，因為風電、光伏缺少一次調頻這一項功能，水電、火電等常規(guī)機組的調頻壓力會突然上升，隨之我國各行各業(yè)應用新能源的比重上升，其系統(tǒng)的調頻作用將遭受一定程度的影響，風電、光伏原本的高頻保護設施就極難與新的工程目標達成統(tǒng)一。為了盡可能降低頻率崩潰概率，相關的工作人員需要根據(jù)新能源接入的實際條件，合理確定風電及光伏電站高頻保護值，一旦出現(xiàn)異常的高頻故障，相關的工作人員需要采取連鎖切機的手段予以處置。

2.3新能源難以實現(xiàn)穩(wěn)定供能

新能源發(fā)電還有能量密度低、分布廣泛、便于分散使用的特點，有可能出現(xiàn)千家萬戶均可發(fā)電的狀況。但是，自發(fā)自用的特點是有時電能富余，有時電能不足，而且自發(fā)自用難以保障用戶的電能質量。因此，用戶在電能富余時可以將電賣給電網，不足時由電網供電。同時，隨著更多的電能由分布式發(fā)電接入配電網，由分布式電源和相關儲能、調控、保護設施構成的微電網和主動配電網逐漸增多。一方面，大量使用低碳能源有利于優(yōu)化能源電力系統(tǒng)，對于維護大電網的安全性也有一定的好處。另一方面，原有電力的負荷特性發(fā)生改變，而且新能源的波動性、隨機性、不穩(wěn)定性等特點加大了電網安全穩(wěn)定運行的難度?！霸础币呀洸皇莻鹘y(tǒng)的“源”，“荷”也不是傳統(tǒng)的“荷”，為了保障電力系統(tǒng)安全，“源”與“荷”之間必須協(xié)同互動。在“源”方面，盡可能提高預測的精度并加強調節(jié)性能;在“荷”方面，也應當提高調節(jié)能力或者需求響應能力。

3基于新能源大規(guī)模接入的電網安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

3.1新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)結構

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)含有多個穩(wěn)定控制裝置，通過光纖通道將其連接成為整體結構。需設置主站及子站，其中主站是安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)結構的核心部分，而子站則可作為執(zhí)行層。在安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的實際應用中，可設置主從式單層結構或者復合結構形式，主站數(shù)量要求控制在2個以上，在所有子站運行中，可接收來自各個主站的通信數(shù)據(jù)。

3.2站點結構

3.2.1主站情況

在系統(tǒng)應用過程中，主站主機可以與子站保持順利通信，而且能順利地接收搜集的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)運作期間，如果出現(xiàn)事故，那么主機將立刻接收動作信號，再向子站輸送跳閘指令。在主站中，從機的作用比較多，具體包括收集數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)報送、判斷接入間隔電壓以及與主機通信等。

3.2.2子站情況

在子站中，主機可與主站中的裝置保持正常通信，可接受由主站所發(fā)出的指令，并接受由本站從機所采集的數(shù)據(jù);通過對數(shù)據(jù)進行采集、計算和分析，能準確判斷接入間隔電壓，并將動作上報至主機。在系統(tǒng)規(guī)劃安裝中，相關的工作人員需要依據(jù)現(xiàn)實狀況明確主站及子站的安裝位置。針對主站，相關的工作人員可以把主站安裝在系統(tǒng)側變電站;針對子站，則可將其安裝在新能源側站點。在主站與子站之間，可通過光纖通信方式進行連接。此外，在站與站以及站內，可利用HDLC協(xié)議進行通信。

4新能源大規(guī)模接入的作用

加快新型電力系統(tǒng)構建進程新型電力系統(tǒng)構建是“十四五”時期的主要任務之一。這個任務是貫穿實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的全過程。新型電力系統(tǒng)不能夠脫離“發(fā)、輸、變、配、用、儲”各環(huán)節(jié)的技術、設備、工程實體而獨立存在，所以新能源成為主體能源必然是一個漸進的過程。隨著新能源的發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源尤其是煤電必然要逐步退出，這需要一定的時間;同時，技術發(fā)展仍然處在非常活躍的階段，在能源電力轉型中必須高度關注各項技術的發(fā)展，防止技術鎖定、投資鎖定。從宏觀角度而言，新型電力系統(tǒng)的構建與中國碳達峰碳中和目標的實現(xiàn)路徑具有方向的一致性，但是，新能源的發(fā)展是推動、引導、實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的基本動力，是“先行官”，所以，新型電力系統(tǒng)的構建完成時間應適當超前于碳達峰碳中和目標。

5結論

在電網建設中，新能源利用率逐漸提高，但是，將新能源大規(guī)模接入電網后，可能會對電網運行安全性和穩(wěn)定性造成不良影響。就新能源接入電網后對于電網安全穩(wěn)定運行效果的影響以及具體的控制策略進行探究至關重要。

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