新能源電網穩定性協調及控制技術

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摘要：從太陽能、風能等新能源接入后電網可能出現的問題出發，對電網穩定性規劃設計的總體思路、控制方案及協調保障措施進行研究，最大限度降低新能源接入對電網性能的影響。

關鍵詞：電網規劃；新能源接入；穩定性；方案

1新能源接入后電網穩定性分析

1.1能源結構

進入21世紀以來煤炭資源日益匱乏，過度開采將直接影響生態平衡和社會可持續發展。因此必須在電網建設過程中引入新能源，如風能、太陽能、核能等，將上述能源中的機械能、內能等轉變為電能，實現清潔發電、可持續供電，從根本上改善我國電網經濟效益和生態效益[1]。調查數據顯示：截止到2019年底廣東省電網已開始進行新能源改革，形成了以水電、太陽能、生物質能等于一體的綜合型電網系統。該電網系統中主要以水力發電為主，太陽能發電和生物質能發電為輔，實現了多級分層消納，使電網消納率達到90%以上，為新時期清潔電網建設和發展奠定了良好的基礎。

1.2穩定性分析

頻率波動。新能源大規模接入后非常容易造成功率缺額，導致電網中出現明顯擾動沖擊，進而引起低頻故障。如水電接入后導致電網機組掉閘、風電接入后引起電網阻尼震蕩等，這些均會影響電網的穩定性。此外新能源接入后還可能引發功率過剩，造成電壓、功率等超出設定閾值[2]。長此以往超負荷運行必將引起設備性能受到影響，進而造成電網擾動。尤其是在光伏發電過程中，我國電網現階段電網一般調頻能力較弱，一旦光能接入則非常容易引起發電機組調頻壓力驟增造成的高頻故障，從而造成電網安全系數大打折扣。孤島問題。新能源接入電網時非常容易出現由電網運行故障導致的孤島問題，在規劃設計過程中需全面重視。傳統電網運行過程中出現故障后往往可以實現二次重合，但新能源接入后電網故障則大多會造成電網電壓波動，進而導致斷路器切斷保護，此時系統斷電形成孤島[3]。如在風電機組設置的過程中大多不具備低壓穿越能力，一旦出現電壓故障，將直接導致風電機組脫網，嚴重影響了電網運行的安全效益。

2新能源接入后電網穩定性協調及控制方案

2.1總體思路

新時期電網規劃過程中應從能源結構、穩定性影響等方面出發，在安全可靠、均衡協調、適度超前原則基礎上設置好穩定性協調和控制方案，從根本上提升新能源接入后電網強度和消納能力，使電網安全穩定運行。基于新能源的電網規劃設計思路主要從兩大方面考量：電網性能。預測性、全面性、可靠性、安全性、穩定性、靈活性；電網效率。新能源和其他裝置接入、區外來電的接入、節能調度、調峰電價、電源分布與配套措施。其中電網性能的分析過程中應從預測性、全面性、穩定性等指標出發，確定新能源接入后的電網運行狀態，分析電網是否能夠滿足安全穩定指標需求；經濟效益。從電網運行效益和社會效益出發，合理選擇新能源接入裝置，設置合理電網規劃方案，保證新能源接入后的節能調度、調峰消納等，使系統能夠可靠穩定供電。

2.2規劃方案

2.2.1建立堅強新型電網為保證新能源順利接入，在電網發展過程中應加大基礎設施建設，有效解決電網老舊、薄弱問題[4]。尤其是在環網骨架規劃設計過程中，應依照新能源接入預測規模合理增加電網回路，形成星型環網，保證電網能夠安全、穩定輸送。如廣東省某地區電網改造過程中就可依照區域風電接入現狀，在風電機組運行需求和風電接入規模基礎上合理預測功率變化情況，確定電網長期運行狀態，形成準確電網結構性能和消納能力評估報告。相關單位根據上述報告對電網風電機組進行協調和優化，調整傳統電網架構，形成適應風電接入的新型電網體系，從而使電網安全保障能力全面改善，做好新能源接入的基礎保障。

2.2.2合理規劃功能模塊新能源接入后電網系統將發生明顯轉變，尤其是在功能模塊上，應根據風能、太陽能等差異形成合理的有功控制和無功控制體系，最大限度降低頻率波動對電網的影響，使其處于安全、穩定狀態，一般友好型新能源電網應包括五大功能模塊：有功控制：自動控制有功功率變化率；自動接收調度部門指令、具有按照調度下發出力曲線調整有功出力功能；自動計算電場最大發電能力。無功控制：自動控制電場電壓及功率因數；自動接收調度指令并按照要求調整電場出口無功功率或并網點電壓；在線監測：監測電場諧波電壓、諧波電流、閃變、電壓波動等電能質量參數；可實現主站通信；響應主站下發的各項指令；子站具備自動生成在線監測數據報告；自動將測試數據上傳至電網公司主站。功率預測：能夠對電場有功功率實現日前和超短期預測；與調度部門具有通信功能，定時上報預測結果；具有自動接收氣象數據功能。穿越保護：具備低壓穿越、低頻穿越和有功功率恢復功能等。

2.2.3開展智能協調控制隨著智能電網建設的不斷深入，在新能源接入過程中也可借助智能控制系統完成協調優化，即在實時監測、分析決策、智能投切等基礎上完成能源接入后的負荷調整、功率調整等，消除電網孤島對區域輸配電的影響。主站設計。基于電網穩定性的智能控制系統主站應包括通信功能、數據處理功能、專家分析決策功能等[5]。要能夠將前端采集到的新能源接入后電網各項數值（包括電網參數、性能參數、運行參數等）全面整合，通過數據分析和專家決策快速確定新能源接入后電網的穩定性，根據間隔電壓、頻率變化、功率情況等形成控制指令。一旦出現孤島問題，及時投切保護，保證電網可靠供電。子站設置。該部分設計的過程中要設置與主站的通信裝置、數據采集裝置等。應根據電網情況采集智能電表、干擾監測裝置、頻率檢測裝置等數據，將其通過GPRS、載波、5G網等傳輸到上位機系統中，借助HDLC協議順利通信，為新能源接入后電網運行管理提供可靠數據支撐。與此同時，子站中還需設置智能投切裝置、智能保護裝置等，如聯動開關、斷路器等，根據主站發出的各項決策指令執行相應投切保護動作。

2.2.4實現電網效益優化新能源接入后應根據電網穩定性需求設置合理的調峰方案，形成不同層次出力系統，全面提升新能源的應用效益。一般調峰過程中可將火電、水電等新能源發電作為基荷，將熱電作為腰荷，在實際供需基礎上適當增加基荷出力率，減少傳統熱能發電能源損耗。與此同時，調峰過程中還需要做好多能源輸入下的補償機制，深入挖掘調峰潛力。綜上，新能源接入會造成電網電壓、電網功率等出現明顯波動，部分情況下甚至會引起變頻或干擾問題，導致電網的安全性和穩定性受到影響。為解決上述問題，電網規劃設計中應把握好電網性能和效益指標兩部分內容，在該基礎上加強電網基礎建設，設置好功能模塊和協調控制系統，從根本上改善電網新能源消納能力，全面推動我國新能源電網的建設和發展進程。

參考文獻

[1]洪紹云,程浩忠,等.輸電網擴展優化規劃研究綜述[J].電網技術,2016,10.

[2]羅金山,劉滌塵,等.新能源接入經濟性評估方法研究[J].陜西電力,2016,10.

[3]李常信,常福剛,等.東北電網應對大規模新能源接入運行管理機制研究[J].東北電力技術,2014,11.

[4]穆永錚,魯宗相,等.基于可靠性均衡優化的含風電電網協調規劃[J].電網技術,2015,1.

[5]王立永,劉慧珍,等.北京電網新能源接入規劃的策略分析[J].中國電力企業管理,2015,5.

作者：房賢輝 單位：廣東電網有限責任公司梅州供電局