可再生能源接入对电网的影响

李淼　李建军　苏海飞

[摘要]针对越来越多的可再生能源发电接入配电网的事实，可再生电源对电网尤其是配电网的产生影响，主要包括对继电保护、电压质量以及电力系统的影响，提出对可再生电源接入电网位置、新能源接入电网后智能算法以及新兴能源利用法规的研究，使可再生能源能大规模为电网接纳。

[关键词]可再生电源 并网 配电网

一、可再生能源的利用

现代化的发展以电气化、信息化为主要驱动力，这就要求可靠稳定的电源支撑，为此应开展服务现代化的可再生能源电力供电技术，实现清洁、高效、可靠、经济供电。

可再生能源供电技术具有清洁环保的特点，是现代绿色用能的必然选择。在使用中不消耗一次化石能源，无碳排放，不会产生温室效应。可再生能源供电设施结构紧凑，少占或者不占用耕地，更换方便，易于移除。

可再生能源发电是能源消费革命和转型的重要内容，可再生能源发电技术在世界范围内获得了广泛关注。在我国，可再生能源发电受到高度重视，国务院制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中，能源被放在了重点发展领域的首位，并且明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”和“间歇式电源并网及输配技术”。国家发改委也专门颁布了《可再生能源产业发展指导目录》，用于指导可再生能源产业的发展。但是可再生电源的接入配电网对电网的影响也是显而易见的，如何分析和解决好可再生电源接入电网的问题成为重要的课题。

二、可再生电源并网对电网的影响

2.1对继电保护的影响

我国配电网保护大多数都是断路器的三段式电流保护，以新疆阿拉尔电力公司为例，10kV馈线均由35、110kV变电站的10kV母线送出，大部分馈线是直接向用户供电的终端线路。而三段式电流保护包括：瞬时速断、定时限速断和过流保护。其中，瞬时速断保护按照躲过线路末端故障产生的最大三相短路电流的方法整定，定时限电流速断保护按照线路末端故障有灵敏度并与相邻线路的瞬时电流速断保护配合的方法整定；过电流保护按照躲线路最大负荷电流并与相邻线路的过电流保护配合的方法整定，能够保护相邻线路的全长。

当原配电系统引入可再生电源后，原有配电网络的电源结构发生了变化，由单电源、辐射型供电网络变成多电源共存的系统网络，电网的潮流的方向开始随机变化，如果线路发生故障，系统网络中故障电流的大小和流向都会受到引入可再生能源的影响，这与引入可再生能源前产生很大的不同，传统过电流保护不能适应这一变化。因此，出现线路保护拒动或者误动作现象，灵敏度大大降低，选择性变差。

2.2对电压的影响

可再生能源中并网的光伏电源是将光伏电池阵列产生的直流电经逆变器转换成符合电网要求的交流电之后再并入交流电网，风力发电是把风能变成配电网要求的电能并入电网。不论是光伏电源还是风力发电由于其资源分布和能源变化的不均衡性、随机性、间歇性特点，导致了并网的电源的输出具有不确定性、可调可控性差。同样，由于光伏和风力电源的接入配电网，使配电网的辐射结构变化、潮流改变，从而改变了系统电压分布，对配电网的电压稳定性带来不利影响。

例如一个重要负荷区安装了风力发电，当该区域内由于气候变化导致风力发生突变的时候，风力风电效率将随着降低，进而使该区域功率有缺失的危险，甚至危及到该地区电压质量和电压稳定的问题。

2.3对电力系统的影响

可再生能源发电并网后对现有电力系统的影响也很大。主要表现在：

1.对发电、长距离输电线路需求下降。由于可再生电源的接入，部分负荷和新增负荷由可再生电源供给，另外由于可再生电源的削峰填谷的作用，因此现有发输电设施的利用率提高，而其他仅为满足高峰负荷需要的发输电设施需求降低。

2.对配电系统的影响巨大。配电网由传统的辐射形式转变成因增加了可再生电源变成多电源的形式，原本一些配电单元结构反而变成了发电单元，网络结构变得复杂，给电网的控制和管理带来了新的挑战。使传统电网的运行、规划和电压控制等都发生了变化，新型配电网的管理需要新的模式和方式，可再生能源之间的协调控制与调度也需要相应的行业规范来执行，总之，新型配电网的研究成为今后电力系统的重要内容。

3.对电力市场走向和格局产生影响。可再生电源的引入使电力公司和客户之间形成了新型关系，电力公司和用户之间可以相互买电和卖电，来满足用户和电力公司彼此的用电和消峰需求，另外，可再生能源的引入，为其他新能源（如生物质发电等）进入提供先例，这将加剧电力市场的竞争，电力市场的格局和走向将发生巨大变化。

2.4对有功功率的影响

由于光伏发电具有不稳定行，随机波动性大，而且并联到电网时没有转动惯量，伏电源的这些特性使得大规模光伏接入后系统的特性发生变化。

由于大量的光伏阵列的接入电网，其不稳定性对有功平衡影响大，也影响了系统的频率调节，同时电网大规模接入无转动惯量的光伏阵列后，由于并网后这些能源替代了汽轮机、水轮机发电，使传统的转动惯量降低，降低了系统电网功率和频率的调节能力，危机情况还会使频率变化变大，超出允许范围内，保护失控。

三、总结

针对电网尤其是配电网增加了可再生发电，为使电力系统的稳定运行，应该采取一些长远措施和规划来解决电网因接入可再生电源而产生的一系列问题。

为保证电网中各个保护之间的配合，应该适时的控制可再生电源接入的数量和位置，同时增加限流器，控制短路电流的大小，使其控制在保护范围内。另外，研究新型电流故障算法，例如提出广域保护概念，来解决传统电网中的难题。

对于配电线路末端接入的可再生能源，应对渗透率、线路长度、电网负荷等指标进行研究，找出并网的可再生能源对传统配电网电压稳定的影响。

可再生能源在电力市场影响方面，应该加快制定可再生能源及能源综合利用的政策、法规以及税收政策等，提高这些能源利用的积极性。同时可再生能源选址征地、发电效率、并网电价等都是可再生能源进一步发展需要解决的问题。

可以预见，随着可再生电源利用增加、技术水平提高，可再生能源的发展前景光明，其发电成本会降低，应用范围会不断扩大，在配电网乃至电力系统中都占用重要的地位。