新能源发电的配电网供电能力研究

杨柄楠，李张弘泰

（国网松原供电公司，吉林 松原 138000）

0 引 言

随着新能源发电技术的不断发展和普及，配电网供电能力面临了前所未有的挑战和机遇。新能源发电的波动性和不确定性，以及其与传统能源的集成，对配电网的可靠性和供电能力提出了新的要求。为了满足不断增长的负荷需求，配电网必须适应这些变化，并采取相应的调整策略。

1 配电网供电能力的影响因素

影响配电网供电能力的因素简单的说有以下3种：一是负荷需求的变化；二是线路和设备的容量；三是电能质量和稳定性。

2 新能源发电对配电网的影响

2.1 新能源发电的接入和集成

新能源发电的广泛接入和集成对配电网带来了深远的影响，涉及供电系统的重大改变和适应性调整。太阳能光伏和风力发电等新能源装置需要合理安装与连接到电网，以便将其产生的电能输送到消费者[1]。这涉及电网规划、电源接口的设计以及技术标准的制定等。首先，电网规划必须考虑如何有效地整合新能源装置，以最大程度提高能源利用率，同时确保电能能够高效传输到各个用户。其次，新能源装置需要与电网互连，这要求设计适当的接口和控制系统，以确保新能源发电平稳地注入电网，同时保护电网免受潜在不稳定性或故障的影响。这包括电压控制、频率同步以及电流稳定等方面的技术考虑。最后，需要确保新能源发电装置符合国际和地区的技术标准与法规，以确保其安全性和可靠性[2]。同时，新能源的集成要求供电系统能够适应不断变化的能量输入。新能源的输出受天气、季节和时间的影响，具有高度波动性。因此供电系统必须具备灵活性，以适应这种波动性，并确保供电系统的稳定性和可靠性。这可能需要采用储能技术、智能电网控制和需求响应等方法，以平衡电能供需关系，减少波动性对供电系统的冲击。

2.2 波动性和不确定性

新能源发电的波动性和不确定性是供电系统面临的主要挑战之一。天气变化、风速和太阳辐射的波动导致新能源发电的输出变化，这可能导致电网负荷与供应不匹配，从而影响供电能力。波动性和不确定性要求供电系统具备快速响应能力，以平衡供需关系。电网必须能够有效管理这些波动，通过储能技术、智能电网控制和需求响应等手段来减轻波动性对供电能力的影响。

2.3 网络稳定性和电能质量

新能源发电的接入对配电网的稳定性和电能质量产生直接而显著的影响，这在供电系统运行中是一个至关重要的问题。不稳定的电能输入可能导致电压和频率的剧烈波动，进而损害供电系统的稳定性。这种不稳定性可能导致电网中的设备损坏，甚至引发供电中断，给用户和企业带来严重的影响。此外，新能源发电的电能质量也可能受到影响，包括谐波、瞬时电压变化和不稳定的电能输出。这些问题可能导致电能质量不合格，对用户设备和系统造成不利影响。

3 配电网供电能力模拟模型的建立

在研究新能源发电对配电网供电能力的影响时，建立供电能力模拟模型是关键。为了模拟配电网的供电能力，需要考虑以下基本假设。

3.1 负荷模型

考虑负荷的季节性和日变化特性，负荷模型可以表示为

式中：Pload(t)为时刻t的负荷需求；Pbase为基础负荷；Pseasonal(t)为季节性负荷变化；Pdaily(t)为日变化负荷；ε(t)为误差项。负荷模型的目标是帮助电力系统管理者更好地理解负荷需求如何变化，以便进行供电能力评估、负荷预测和系统规划。通过合理建模和预测负荷，可以更好地满足用户需求，提高供电系统的可靠性和效率。

3.2 新能源发电模型

考虑新能源发电的波动性和不确定性，新能源发电模型可以表示为

式中：Pgeneration(t)为时刻t的新能源发电量；Pbase_generation(t)为基础新能源发电量；ΔPweather(t)为受天气影响的波动量；εgeneration(t)为发电误差项。新能源发电模型的目标是帮助电力系统管理者更好地理解新能源发电量的波动性和不确定性，以便进行供电能力评估和系统规划。通过合理建模和预测新能源发电量，可以更好地管理电力系统的可靠性和可持续性，以满足日益增长的新能源供电需求。

3.3 供电能力评估模型

供电能力评估模型可以基于以上2 个模型计算供电系统在不同时刻的供电能力，具体定义为

式中：C(t)为时刻t的供电能力；Pgeneration(t)为该时刻新能源发电的产量；Pload(t)为相应时刻的负荷需求。如果C(t)≥0，则表示系统在该时刻具有足够的供电能力，能够满足负荷需求；如果C(t)＜0，则表示供电系统在该时刻的供电不足，可能会导致电力不稳定或供电中断。

该评估模型的关键目标是帮助电力系统管理者了解系统在不同时刻的供电情况，以便及时采取必要的措施来维持供电系统的稳定性和可靠性。通过模拟和计算供电能力，可以更好地规划新能源发电装置的接入和运营策略，优化负荷侧管理，以应对不断变化的电力需求和新能源波动性。这有助于确保电力系统能够有效满足用户的需求，并实现可持续的能源供应[3]。

4 供电能力的调整策略

在面对新能源发电对供电能力产生的挑战时，电力系统需要采取一系列的调整策略来确保系统的稳定性和可靠性。以下将详细阐述3 种供电能力的调整策略。

4.1 储能技术的应用

储能技术作为应对新能源发电波动性和不确定性的关键策略，在电力系统中扮演着重要的角色。其有效应用可以显著提高供电系统的稳定性和可靠性，同时减少对传统发电资源的过度依赖，从而促进清洁能源的高效利用。在深入探讨储能技术应用时，首要关注的是储能设备的容量规划。确定适当的储能容量是确保系统能够在新能源供电波动或不足的情况下提供持续电力支持的关键因素。容量的选择须考虑电力系统的规模、负荷需求的季节性和日变化特性以及预期的新能源发电波动性。在容量规划中，需要权衡成本和性能，以确保储能设备能够满足系统在不同情况下的电力需求。此外，储能技术的应用还必须关注充放电效率。高效的充放电过程直接关系到储能系统的性能和经济性。因此，在储能设备的设计和选择中，必须优化能量转换过程，以最大程度减少能量损失。不同类型的储能技术具有不同的充放电效率特点，需要根据具体应用场景进行选择。充放电速率是另一个重要因素，特别是在需要快速响应的供电系统中。充放电速率的提高可以使系统更好地适应动态的电力需求，确保供电的稳定性。最后，制定合适的充放电策略至关重要。充放电策略涉及何时充电、何时放电，以及如何与其他电力资源协同运行。通过优化的充放电策略，可以最大地减少电能浪费，提高储能系统的经济性[4]。

4.2 灵活性和调度策略的改进

为了提高供电系统的供电能力，电力系统管理者可以改进灵活性和调度策略。这包括实施先进的电力调度算法，以更好地协调负荷需求和新能源发电的变化。通过实时监测和预测负荷与新能源发电的情况，系统可以调整发电策略、负荷侧管理以及电力输送，以维持供电能力。此外，改进调度策略还可以包括启动备用发电机组、调整电力流向、实施动态电价政策等。这些策略可以帮助应对负荷和新能源波动，确保供电系统的稳定性。改进的调度策略需要基于先进的电力市场模型和智能监控系统来支持，以实现实时响应和优化。

4.3 配电网升级与智能化

为了提高供电能力以适应新能源发电的接入，电力系统必须进行配电网的升级与智能化改造。这一战略的核心目标在于改善电网的传输能力、电能质量和效率，以更好地支持清洁能源的大规模整合。首先，通过增加电网的传输能力，升级和增加变压器、电缆和开关设备的容量，以容纳新能源发电装置，确保电力系统的稳定性和供电需求的满足。其次，通过智能电网技术来监测和管理电能质量，包括谐波、瞬时电压变化等，以减少电能质量问题，确保电力传输的可靠性。此外，降低能量损耗也是升级的目标之一，通过采用更高效的电缆和变压器、改进电力传输和分配的拓扑结构，以及优化电力流向来减少电能输送的损耗，提高电力系统的经济性[5]。最后，智能化改造包括自动化控制、远程监控、数据分析以及通信技术的应用，以提高电力系统的智能化水平，实现实时监测电网状态和电力流动，优化电网运行，提高效率和可靠性。这些配电网升级与智能化措施为电力系统提供了更大的容纳新能源的能力，使其更加适应新能源发电的波动性，为电力行业的可持续发展提供了有力支持。不仅提高了电力系统的可靠性和稳定性，还推动了电力行业向更清洁、可持续的方向迈进，为实现可再生能源的大规模接入提供了坚实的技术基础。

5 结 论

研究为新能源发电与配电网供电能力之间的关系提供了深入的理解，并为应对新能源发电带来的挑战提供了有益的指导和建议。随着可再生能源的不断发展和普及，相信这些调整策略将在未来的电力系统中发挥更加重要的作用，促进清洁、可持续能源的广泛应用，实现能源的可持续发展。