新能源发展对电网运行的影响及应对思考

新能源发展对电网运行的影响及应对思考

冯李军

关键词：新能源；能源结构；可持续发展；电网建设

国家发改委的“十二五”规划当中，关于可再生能源的发展给出了相关的指导意见和发展规划，规划当中，对水电、风电、太阳能、生物质以及地热等新能源做出了相应的期许与要求。然而新能源接入电网的过程中仍然存在着诸多问题，例如目前风力发电、太阳能发电大规模接入到电网系统当中，对传统能源发电电网的运行和发展产生了重要影响。为了促进新能源建设和能源结构改革，需要认真应对。

一、新能源接入电网的具体要求

（一）能源的地区特征

目前我国所发展的新能源主要是指环境能源和可再生能源，环境能源的特点表现在地域性和气候性之中，例如相较于西部地区，东南沿海的风能能源就十分丰富，但太阳能能源可能就会相对较弱。因此新能源的发展离不开环境要素和具体实例的分析，需要做到一事一议。本文结合我国某城市的自然环境特点，对新能源的接入电网发展进行环境分析。

（二）风能环境

该城市地理气候特征类型属于北部亚热带季风气候，气候特点主要为受海洋及西伯利亚季风影响，形成鲜明的冬夏季风交替现象。同时，受到冷暖气团的交汇，以及依山傍海，使得该城市拥有非常丰富的风能资源，符合风能电网的开发环境要求。据统计，截止2018年，该城市的年风力发电已经达到3000小时，位于全国前列。

（三）太阳能环境

该城市受梅雨影响严重，每年的五月到九月降水量巨大，最大时可以超过1500毫米，平均年日照时长不足2000小时，然而太阳倾斜辐射能量较高，太阳能资源较为优秀。根据这一情况，该城市开展了光伏发电和光热发电两种太阳能发电形式，并积极投入建设，同时给予政策支持。截至2018年，该城市的太阳能发电项目接入规模已经突破了20万千峰瓦，前景广阔。

二、新能源接入对电网的影响

在经济全球化的发展下，世界范围内能源危机日益加剧，能源的开采和使用加速了人类生存环境的恶化，人类需在可持续发展的战略下发展经济，我国提出了建设智能电网的战略部署，我国近年来新能源发展迅速，由于新能源发电具有随机性、波动性和间歇性，其接入电网会影响电力系统的安全稳定运行。

（一）风电场的主要影响

1.系统电能质量

目前电力系统当中，关于电压出现的偏差、波动、闪变和谐波问题是电能质量的主要考察方向，也是重要指标。然而风电场在接入到电网之后，很大程度上会引起电网电压的不正常波动，影响电能的质量。

2.电网安全

该城市所采用的风电场发动机为恒频系统双馈异步发电机，这种发电机属于感应型发电机的一种，在接入到电网时充当了无功负荷，在边路的无功损耗作用之下系统很快就会出现无功不足现象，危害系统安全，影响电网系统的稳定运行。

3.电网调度

以往风电场接入电网滞后，常常会出现反调峰的特性。其主要原因在于电网负荷曲线与出力方向不一致，使得白天负荷高峰时缺少出力，到了晚上负荷低谷出力却增多。这种反调峰的出现导致等效负荷的峰谷存在较大的落差，会对火电电网调度产生影响

（二）太阳能光伏电站的主要影响

1.电能质量

该城市所选用的光伏发电是一种分布式构造，先生成直流电，再通过逆变器将谐流电波引导进来。然而在同一馈线当中，电压的畸变表现在总负荷占比之上，并且与分布电源的总出力呈正相关，因此当光伏电源的总出力相同，并且位置靠近末端，就会造成负荷节点的电压畸变更加严重，造成电能质量的降低。

2.影响电压潮流

通过对某发电站中潮流分布进行计算时，运用了牛顿-拉夫逊原理将电网中各个数据进行编制，从而获得了MATLAB潮流计算的程序，并将计算结果进行分析，发现多数节点的电压符合要求，而某些不符合电压要求的节点则可以使用无功补偿来弥补。

3.电网稳定性

光照资源的随机性、间歇性、周期性会使光伏发电对电网产生较大冲击，一般表现在能量集中度差、稳定性和调节能力不足，在接入电网以后，会造成电网稳定性的改变，甚至导致电压的崩溃。

三、实例分析，新能源接入方式研究

通过上文中关于该城市的地理特点、能源特点以及电网接入过程中出现的影响。本文对于该城市的新能源接入方式进行了对策研究。

（一）风电场接入电网的方案设计

该城市风电场的接入过程主要需要应对三个方面的问题，单点的最大注入容量、并网的电压等级和并网方式。这些内容需要计算和获取精确数据。通过计算可以获得，该城市的单点最大注入容量的常规比值需要控制在7%左右，同时，根据电站规模不同，注入电量的初期数值也不相同。以该地区A风电场为例，该工程建设中运用6公里长度的导线架空将一回110kV线路接入到220kV电网当中，实现了风电场和电网的良好衔接匹配。如图一所示：

通过案例可以明确，面对风电场并网所带来的诸多影响，可以从安全设计和优化调度两个方面入手。首先设计者需要对风电场并网的风险做到量化和预估，例如风电间歇性事件以及因发电机检修所带来的安全问题最为突出，因此需要用动态的方式对这些因素进行筛选，首先对风电场系统的运行天数进行规划，再充分考虑风电的不确定概率和事故特征，并积极做好维护。而风电场并网之后的优化调度则应该与常规能源火电相互配合，从发电、输电、用电这三个层次逐一进行协调与优化。

（二）光伏电站接入电网的方案设计

光伏发电需要进行分布式的电源规划，因此为了满足平均负荷，需要就地分散接入再平衡消纳。所以通常根据接入容量来选择一回线路的高配间隔。以B光伏电站的接入为例，根据上级变电所220kV设立了两台35kV的主变，并通过架空导线链接，同时选用了有载调压变压器，使两台主可以分列运行，实现了电能的平均负荷。如图二所示：

目前为了解决因光伏并网对于常规火电造成的诸多影响，一般会选用混合智能优化的方法对光伏并网的电源进行调度。例如在面对电压潮流的影响时，就可以通过混合智能优化中的约束条件对分布式的光伏电源进行容量的合理分配，并将电负荷的能力通过反向的方法使其在分布式电源中以最大化的形式接入，从而在电源等效能够满足电网潮流的约束条件的同时，又能够极大地降低网损，是目前优化调度中主要选择的方向。

结论

综上所述，我国新能源接入电网建设是能源调整战略当中的重要一步。各地区需要根据自己所在地的地理环境进行新能源选择和建设。风能和太阳能是最为常见的清洁能源，在电网使用中，需要注意到风电场和光伏电站对于火电机组的影响，从而根据实际进行接入电网设计。

参考文献

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