基于新能源协同发展的电网规划关键技术探讨

朱思,姜浩潍

（1.沈阳农业大学，辽宁 沈阳 110086；2.辽宁省实验中学营口分校，辽宁 营口 115000）

我国的新能源发展很快，尤其是光伏和风电。在电网规划中要考虑到新能源的协同发展，促进新能源有序建设、合理规划，避免新能源大规模接入对电网的冲击性影响，提供电力企业的投入产出效益，更好的促进新能源可持续发展。

1 新能源概述

1.1 新能源的含义

常规能源是指技术上已经成熟，并且已经得到推广的能源，如大中型水电、天然气、石油以及煤等都属于常规能源。新能源指的是除去常规能源之外的多种能源形式，又可以称为非常规能源，是当前正在积极研究、正在开发利用的仍处于推广状态的能源，例如核聚变能、生物质能、海洋能、风能、地热能以及太阳能等。

1.2 当前主要的新能源形式

根据当前的技术发展水平，电力系统、电力规划中以太阳能发电与风电发电为主要发电形式。我国高度重视太阳能发电技术，不断加大对这种新能源的规划、研究与应用，由于相关政策的支持，2013年后我国的光伏发电呈现跨越式发展。就风力发电而言，世界各国都较为重视这一风能的重要利用形式。近年来我国的风电也呈现出迅速发展的趋势。对风力发电的技术以及形式的关注程度正在不断加大，一系列研究也随之展开，呈现出不断深化、提高的发展趋势。总的看来，各种新能源都具有广阔的发展空间与重要的应用价值，随着科学研究的不断加深，这些新能源在各个领域中都将发挥极高的应用价值。

2 新能源接入对电网的影响

新能源的发电出力特点是具有极强的随机性，新能源并网后，一旦出现出力变化，将引起电网发生频繁波动的潮流，影响电网系统调度、电网系统经济性、可靠性及安全性。

2.1 对电网稳定性的影响

如果地区电网足够强壮，则系统发生故障后，风电机组或光伏电站在故障清除后能够恢复机端电压并稳定运行，地区电网的暂态电压稳定性便能够得到保证；如果地区电网较弱，则风电机组或光伏电站在系统故障清除后，无法重新建立机端电压，风电机组运行超速失去稳定，就会引起地区电网暂态电压稳定性的破坏。

2.2 对电网潮流的影响

光伏电站、风电等新能源，尤其是大容量的风电场接入电力系统后，风电场向系统发出有功功率，吸收无功功率，改变了传统的电源功率单向流动的特点，因此在电网规划中，有必要研究新能源电源接入电力系统后的潮流。

2.3 对电网调度的影响

传统的发电计划基于电源的可靠性以及负荷的可预测性，以这两点为基础，发电计划的制定和实施有了可靠的保证。但是系统内含有风电场或光伏电站，其出力有极大的随机性，如果把风电场或光伏电站看作负的负荷，很难准确测定；如果把风电场或光伏电站看作电源，可靠性没有保证。一般而言，地区负荷特性往往与风电场风电功率特性相反，称之为风电的反调峰特性，导致大规模风电接入后往往会增加电网调度的难度，需要电网留有更多的备用电源和调峰容量，这将给电网带来附加的经济投入，增加电网运行的费用。

3 做好新能源协同发展的电网规划

电网规划是一项相对复杂的工作，在进行规划的过程中，不仅需要考虑到电网的需求，还应该考虑到新能源的消纳能力和电网系统输电容量。在新能源与电网规划的协同发展中，要及时认识新能源接入电网存在的问题，并针对这些问题采取相应的措施，将新能源技术积极应用在电力系统当中，不断提升电网规划水平，减少新能源接入对电网产生的不良影响。

3.1 建立能源互联网

当前信息技术的不断发展，传统信息渠道与互联网理念的不断融合，为相关产业带来了新的挑战与发展机遇。能源互联网的主要特征是数据透明、供需分散、能量互补、设备智能以及系统扁平，通过加强对DG（分布式电源）的运行管理，特别是目前存在的光伏、风电等分布式电源，运用能源互联网，采用各种通信方式将DG纳入SCADA系统，有利于地区负荷的准确预测和负荷的平衡。

3.2 开展新能源并网的运行评估

对于风力和光伏发电而言，具有较强的间歇性和随机性，在电网实际运行的过程中会产生安全稳定等问题，因此要积极开展新能源的电力系统仿真分析工作，借助成熟的软件模型，对新能源大规模接入后的电网运行状况予以模拟，评估过程中需要结合经济性、稳定性、安全性、可靠性以及合理性等予以综合考虑，寻找系统中需要改善的环节，保证电网安全稳定运行。评估内容如图1。

图1 新能源并网的运行评估内容

建立新能源随机运行模拟模型、电力系统运行环节模拟模型以及传统机组运行方式的模型，以电网规划方案为依据，在确定的系统运行模式下开展全年运行模拟，对长期运行下的系统形态，采用概率化的评价方法，对规划决策的环保性、适应性、经济性以及安全可靠性予以评估，从而对电网规划方案的经济性与合理性予以评价。这一过程中遇到的关键问题包括最小化弃光、弃风的优化运行方法，常规能源与新能源的联合运行模拟，新能源发电系统的运行模拟建模以及机组检修过程中的数学建模等。

3.3 优化新能源接入的电网技术

在不断加大新能源渗透率的同时，对系统接纳波动性发电的能力要求也就越高，要求既不能由于网络的容量冗余而导致资源浪费，也不能产生因为网架约束而削弱新能源的能力。新能源大规模接入电网后，在电网规划的过程中，需要充分考虑新能源处理的场景、新能源接入的电网通用模型。可从以下3个方面提供规划技术支撑。

（1）合理选择新能源电源的接入方式。分布式电源越接近系统末端，对节点电压抬升越大。如果选择单点接入，为了保证节点电压不越限运行，分布式电源并不适合安装在系统末端，并网点尽量靠近系统，尽量减小电气距离。如果分布式电源的物理位置只能在系统末端接入，可以选择多点接入的方式，这样可有效控制节点电压运行在正常水平。

（2）加装无功补偿装置。由于分布式电源单点并网，并网点电压的提升幅度最大，为了控制节点电压在正常范围内运行，优先选择在电源并网点安装合适容量的无功补偿装置，如电抗器等。当分布式电源多点并网时，为了保证无功补偿方案的经济性、合理性，应采用分布式电源接入的最佳无功优化方案，在系统多点配置无功补偿装置。

（3）在电网系统与含新能源并网较多的片区之间，采用双回线路，可防止单一线路出现故障时，因为片区出现孤岛供电，可能会对系统、维修人员等造成危害，而且负荷可能出现的供需不平衡，将严重损害电能质量，从而降低配电网的供电可靠性。当片区孤网运行的时候，可将调速系统的频率自动跟踪改为手动设置频率50Hz，以保证孤网片区频率的稳定，提高孤网运行的稳定性。

3.4 提高电网对新能源的消纳能力

对于新能源协同发展的电网规划，其目的是建立能合理消纳新能源的电网，从而发挥出新能源减排、节能、低碳的优势，需要做到合理消纳。为了做到合理消纳新能源，需要确保在消纳新能源的过程中不会对系统带来较大的成本压力，要求控制由于消纳新能源而需要加大的运行与投资的费用；同时，也要求系统具有足够的灵活性，足以承受新能源并网带来的剧烈波动。

电网的网架结构不同，系统消纳新能源的能力也不同，网架结构的差异还会对不同种类的灵活电源的运行方式造成影响。这一环节面临的重要技术问题包括分析系统的备用水平、分析系统的调频能力、分析系统的调峰能力、分析新能源的消纳能力、分析电网的传输能力以及规划好具有较强消纳能力的网架。

4 结语

当前我国新能源发电技术已经取得了一定的进展，但是需要认识到我国仍然处于能源缺乏的状态，因此绝不能停止研究。当前使用可再生能源发电装置仍然存在着一些无法预测的问题，因此这些新能源发电形式会对电网的可靠性与稳定性造成一定的影响，要求我们重视新能源的优势与缺陷，将新能源发电纳入到电网规划的研究过程中，不断开发出一系列新的技术以确保电网的安全性、环保性、高效性。