规模化新能源开发利用对电力系统安全的影响

任凯

摘要：我国作为世界人口大国和能源消费大国，经济增长压力和节能减排压力巨大。对我国而言，大规模开发利用新能源一方面是应对能源环境危机、转变经济发展方式的有效手段；另一方面是抢占未来产业发展制高点、提高国际竞争力的重大举措。本文主要分析了规模化新能源开发利用对电力系统安全的影响。

关键词：电力系统；规模化新能源；开发利用；安全影响

中途分类号：F407.61

1 大规模新能源电力系统的特点

电力系统是一种生产电能的消费系统，其中的过程主要包含了发电和输电，同时具备配电和用电功能，将能源转换为电能后利用输电设备提供给用户使用。针对新能源电力系统来看，其是无法大量储存能源的，为了加强电源侧的有效控制，必须制定出科学的中长期负荷预测，优化机组调度，实现自动化操作和控制，从而提高电网的稳定性。太阳能和风能发电和传统水能、核能发电是完全不同的，其难以储存，无法对电能的输出进行有效的控制。同时对能源智能化的理解主要体现在两个方面。一方面，工业化与信息化的融合促进了现代社会向着网络化、数字化与智能化发展，比如智能制造、智能交通、智能电网乃至智能城市等等。就智能电网而言，就是通过网络化、数字化与智能化技术，使电力的生产与供应更加高效、更加便捷、更加可靠、更加清洁，建立起人与自然更加和谐的能源电力生产、供应与消费模式。另一方面，实现新能源逐步取代化石能源的变革需要依赖网络技术、数字技术与智能控制技术的支撑。电力网故障下的自愈与恢复等等，都需要建立在先进的网络信息系统、智能控制与管理系统以及大数据处理、云计算等技术的基础上，从而成为有效解决当今能源电力问题、发展新能源电力的有效手段。

2 大规模新能源电力发展现状及原因

随着新时代的到来，世界各个国家都已经开始重视和关注能源短缺以及能源污染的问题，为了能够很好的解决这些问题，每一个国家都在积极的开发新能源，从而满足各国经济发展对能源的需求，减少能源的消耗和环境的保护。面对世界各国的这种形式，我国在最近几年在节能减排上也加大了力度，从而促进新能源的开发与利用，实现智能化电网。目前我国开发的可再生能源主要以风能和太阳能为主，成为我国开发的重点内容。但是就我国目前大规模新能源电力系统的发展现状来看，仍然存在很多的不足，这些是必须要改善的。解决电力消耗和新能源电力系统不稳定的状况，提高电力系统的可靠性，实现高效利用。通过一些相关的调查研究发现，大规模新能源电力发展过程中存在问题的主要原因是，新能源电力系统电源结构不完善，不具备能适应新能源电力系统随机波动特点的电源。另外，由于新能源投入成本较高和利用率过低，从而导致了经济缺乏。

3 规模化开发利用新能源与电力系统安全

3.1 随着电网中新能源电力比重增加及直流输电的大规模投产，电力系统呈现出新的动态特征，需要新的建模与分析方法

新能源、直流输电快速发展，使得电力电子装置在源、网、荷侧系统中所占比重均日益增加。电力电子装置具备快速动态响应特性，使传统电力系统以工频相量为基础的建模分析方法面临挑战。按照系统动态过程的时间尺度，分解为相互独立电磁暂态、机电暂态以及中长期动态仿真分析也已逐渐不能满足现代电力系统的要求，涵盖源网荷电力系统的全过程仿真成为研究的热点问题之一。与此同时，传统电力系统分析方法以确定性分析为主，如何表征大规模新能源电力的随机性，并分析其对电力系统安全的影响也是一个值得关注的问题。

3.2 能源系统与信息技术深度融合成为未来发展趋势，模型分析与数据分析并重，将成为发展新能源电力、保障电力系统安全的有效手段

正是由于现代电力系统动态特征更加复杂多变，以电网元件建模为基础，完全依赖模型分析的方法已受到越来越多的局限。与此同时，电网部署了众多的数据采集与监测系统，包括SCADA系统、PMU/WAMS系统和故障信息系统等，提供了大量的系统实测数据；未来随着电网与用户互动的增加及相关信息采集系统的建设，还将提供更多数据源，基于数据分析的技术得到了人们的关注。但是二者不可能相互取代。以模型分析为基础，应用大数据处理、云计算等新技术，挖掘未来电力系统未知的现象与规律，实现电力系统态势实时感知与精准协同控制，将成为发展新能源电力、保障电力系统安全的有效手段。

3.3 电力系统的运行控制方式可能发生变革，将在集中与分布之间寻找新的平衡点

随着区域电网间交直流输电线路建设进程的推进，大电网之间的耦合日益紧密，电力系统整体性特征日益突出，因此在相当长的一段时间内，集中运行控制模式对于大范围消纳新能源电力、保障系统安全仍将起着重要的作用。然而随着新能源电力与智能电网的发展，未来电力系统控制对象急剧增长，特别是海量分散用户参与到需求侧调度后，将给集中运行控制模式带来挑战。因此，国内外学术界正在探索集中协同—分布自治的新模式，可以预见，未来电力系统运行控制模式势必将在集中与分布之间寻找新的平衡点，从而更充分利用集中优化与分布决策各自的优势。

3.4 电力系统发生系统性事故的风险逐渐增大，协调多种控制手段的系统性保护提到议事日程

伴随特高压交直流工程相继投产，特别是特高压直流输电规模的快速发展，一旦交流系统发生常见的单相短路故障，就有可能引发多回直流同时换相失败，电网将面临送、受端功率不平衡而导致严重的稳定性事故或大量切机、切负荷的风险；含多直流馈入的受端电网，其直流线路间的相互影响以及受端电网的电压稳定性问题，正成为制约电网安全稳定运行的新瓶颈；含大规模新能源电力的送端电网，也有可能由于电网扰动导致新能源电力设备大面积切除，进一步扩大事故影响范围。因此，协调直流、交流、各类电源与负荷等多种控制手段的系统性保护成为当前研究的热点问题。

结论

最近几年，我国电力系统一直在发生巨大的变化，由于大规模新能源电力系统的不断发展，实现了改革创新，在结构形态和控制方法等方面上都产生了一定的实质变化，促进了新时期下新能源电力系统的形成。加强大规模新能源电力系统的安全高效利用，完善我国电力系统，促进我国电力系统智能化的形成。

参考文献

[1]刘江敏.含大规模新能源发电的电力系统可靠性分析[D].燕山大学，2014（11）：141-143.

[2]孟杰.含大规模新能源的电力系统优化调度问题研究[D].华北电力大学，2014（15）：23-25.