新能源電網(wǎng)穩(wěn)定性協(xié)調(diào)及控制技術(shù)

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摘要：從太陽能、風(fēng)能等新能源接入后電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問題出發(fā)，對電網(wǎng)穩(wěn)定性規(guī)劃設(shè)計(jì)的總體思路、控制方案及協(xié)調(diào)保障措施進(jìn)行研究，最大限度降低新能源接入對電網(wǎng)性能的影響。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)規(guī)劃；新能源接入；穩(wěn)定性；方案

1新能源接入后電網(wǎng)穩(wěn)定性分析

1.1能源結(jié)構(gòu)

進(jìn)入21世紀(jì)以來煤炭資源日益匱乏，過度開采將直接影響生態(tài)平衡和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。因此必須在電網(wǎng)建設(shè)過程中引入新能源，如風(fēng)能、太陽能、核能等，將上述能源中的機(jī)械能、內(nèi)能等轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?shí)現(xiàn)清潔發(fā)電、可持續(xù)供電，從根本上改善我國電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[1]。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：截止到2019年底廣東省電網(wǎng)已開始進(jìn)行新能源改革，形成了以水電、太陽能、生物質(zhì)能等于一體的綜合型電網(wǎng)系統(tǒng)。該電網(wǎng)系統(tǒng)中主要以水力發(fā)電為主，太陽能發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電為輔，實(shí)現(xiàn)了多級分層消納，使電網(wǎng)消納率達(dá)到90%以上，為新時(shí)期清潔電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.2穩(wěn)定性分析

頻率波動(dòng)。新能源大規(guī)模接入后非常容易造成功率缺額，導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)明顯擾動(dòng)沖擊，進(jìn)而引起低頻故障。如水電接入后導(dǎo)致電網(wǎng)機(jī)組掉閘、風(fēng)電接入后引起電網(wǎng)阻尼震蕩等，這些均會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。此外新能源接入后還可能引發(fā)功率過剩，造成電壓、功率等超出設(shè)定閾值[2]。長此以往超負(fù)荷運(yùn)行必將引起設(shè)備性能受到影響，進(jìn)而造成電網(wǎng)擾動(dòng)。尤其是在光伏發(fā)電過程中，我國電網(wǎng)現(xiàn)階段電網(wǎng)一般調(diào)頻能力較弱，一旦光能接入則非常容易引起發(fā)電機(jī)組調(diào)頻壓力驟增造成的高頻故障，從而造成電網(wǎng)安全系數(shù)大打折扣。孤島問題。新能源接入電網(wǎng)時(shí)非常容易出現(xiàn)由電網(wǎng)運(yùn)行故障導(dǎo)致的孤島問題，在規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中需全面重視。傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障后往往可以實(shí)現(xiàn)二次重合，但新能源接入后電網(wǎng)故障則大多會(huì)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致斷路器切斷保護(hù)，此時(shí)系統(tǒng)斷電形成孤島[3]。如在風(fēng)電機(jī)組設(shè)置的過程中大多不具備低壓穿越能力，一旦出現(xiàn)電壓故障，將直接導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)運(yùn)行的安全效益。

2新能源接入后電網(wǎng)穩(wěn)定性協(xié)調(diào)及控制方案

2.1總體思路

新時(shí)期電網(wǎng)規(guī)劃過程中應(yīng)從能源結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性影響等方面出發(fā)，在安全可靠、均衡協(xié)調(diào)、適度超前原則基礎(chǔ)上設(shè)置好穩(wěn)定性協(xié)調(diào)和控制方案，從根本上提升新能源接入后電網(wǎng)強(qiáng)度和消納能力，使電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。基于新能源的電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)思路主要從兩大方面考量：電網(wǎng)性能。預(yù)測性、全面性、可靠性、安全性、穩(wěn)定性、靈活性；電網(wǎng)效率。新能源和其他裝置接入、區(qū)外來電的接入、節(jié)能調(diào)度、調(diào)峰電價(jià)、電源分布與配套措施。其中電網(wǎng)性能的分析過程中應(yīng)從預(yù)測性、全面性、穩(wěn)定性等指標(biāo)出發(fā)，確定新能源接入后的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，分析電網(wǎng)是否能夠滿足安全穩(wěn)定指標(biāo)需求；經(jīng)濟(jì)效益。從電網(wǎng)運(yùn)行效益和社會(huì)效益出發(fā)，合理選擇新能源接入裝置，設(shè)置合理電網(wǎng)規(guī)劃方案，保證新能源接入后的節(jié)能調(diào)度、調(diào)峰消納等，使系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定供電。

2.2規(guī)劃方案

2.2.1建立堅(jiān)強(qiáng)新型電網(wǎng)為保證新能源順利接入，在電網(wǎng)發(fā)展過程中應(yīng)加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有效解決電網(wǎng)老舊、薄弱問題[4]。尤其是在環(huán)網(wǎng)骨架規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)依照新能源接入預(yù)測規(guī)模合理增加電網(wǎng)回路，形成星型環(huán)網(wǎng)，保證電網(wǎng)能夠安全、穩(wěn)定輸送。如廣東省某地區(qū)電網(wǎng)改造過程中就可依照區(qū)域風(fēng)電接入現(xiàn)狀，在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行需求和風(fēng)電接入規(guī)?；A(chǔ)上合理預(yù)測功率變化情況，確定電網(wǎng)長期運(yùn)行狀態(tài)，形成準(zhǔn)確電網(wǎng)結(jié)構(gòu)性能和消納能力評估報(bào)告。相關(guān)單位根據(jù)上述報(bào)告對電網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化，調(diào)整傳統(tǒng)電網(wǎng)架構(gòu)，形成適應(yīng)風(fēng)電接入的新型電網(wǎng)體系，從而使電網(wǎng)安全保障能力全面改善，做好新能源接入的基礎(chǔ)保障。

2.2.2合理規(guī)劃功能模塊新能源接入后電網(wǎng)系統(tǒng)將發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變，尤其是在功能模塊上，應(yīng)根據(jù)風(fēng)能、太陽能等差異形成合理的有功控制和無功控制體系，最大限度降低頻率波動(dòng)對電網(wǎng)的影響，使其處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)，一般友好型新能源電網(wǎng)應(yīng)包括五大功能模塊：有功控制：自動(dòng)控制有功功率變化率；自動(dòng)接收調(diào)度部門指令、具有按照調(diào)度下發(fā)出力曲線調(diào)整有功出力功能；自動(dòng)計(jì)算電場最大發(fā)電能力。無功控制：自動(dòng)控制電場電壓及功率因數(shù)；自動(dòng)接收調(diào)度指令并按照要求調(diào)整電場出口無功功率或并網(wǎng)點(diǎn)電壓；在線監(jiān)測：監(jiān)測電場諧波電壓、諧波電流、閃變、電壓波動(dòng)等電能質(zhì)量參數(shù)；可實(shí)現(xiàn)主站通信；響應(yīng)主站下發(fā)的各項(xiàng)指令；子站具備自動(dòng)生成在線監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)告；自動(dòng)將測試數(shù)據(jù)上傳至電網(wǎng)公司主站。功率預(yù)測：能夠?qū)﹄妶鲇泄β蕦?shí)現(xiàn)日前和超短期預(yù)測；與調(diào)度部門具有通信功能，定時(shí)上報(bào)預(yù)測結(jié)果；具有自動(dòng)接收氣象數(shù)據(jù)功能。穿越保護(hù)：具備低壓穿越、低頻穿越和有功功率恢復(fù)功能等。

2.2.3開展智能協(xié)調(diào)控制隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，在新能源接入過程中也可借助智能控制系統(tǒng)完成協(xié)調(diào)優(yōu)化，即在實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析決策、智能投切等基礎(chǔ)上完成能源接入后的負(fù)荷調(diào)整、功率調(diào)整等，消除電網(wǎng)孤島對區(qū)域輸配電的影響。主站設(shè)計(jì)?；陔娋W(wǎng)穩(wěn)定性的智能控制系統(tǒng)主站應(yīng)包括通信功能、數(shù)據(jù)處理功能、專家分析決策功能等[5]。要能夠?qū)⑶岸瞬杉降男履茉唇尤牒箅娋W(wǎng)各項(xiàng)數(shù)值（包括電網(wǎng)參數(shù)、性能參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)等）全面整合，通過數(shù)據(jù)分析和專家決策快速確定新能源接入后電網(wǎng)的穩(wěn)定性，根據(jù)間隔電壓、頻率變化、功率情況等形成控制指令。一旦出現(xiàn)孤島問題，及時(shí)投切保護(hù)，保證電網(wǎng)可靠供電。子站設(shè)置。該部分設(shè)計(jì)的過程中要設(shè)置與主站的通信裝置、數(shù)據(jù)采集裝置等。應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)情況采集智能電表、干擾監(jiān)測裝置、頻率檢測裝置等數(shù)據(jù)，將其通過GPRS、載波、5G網(wǎng)等傳輸?shù)缴衔粰C(jī)系統(tǒng)中，借助HDLC協(xié)議順利通信，為新能源接入后電網(wǎng)運(yùn)行管理提供可靠數(shù)據(jù)支撐。與此同時(shí)，子站中還需設(shè)置智能投切裝置、智能保護(hù)裝置等，如聯(lián)動(dòng)開關(guān)、斷路器等，根據(jù)主站發(fā)出的各項(xiàng)決策指令執(zhí)行相應(yīng)投切保護(hù)動(dòng)作。

2.2.4實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)效益優(yōu)化新能源接入后應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)穩(wěn)定性需求設(shè)置合理的調(diào)峰方案，形成不同層次出力系統(tǒng)，全面提升新能源的應(yīng)用效益。一般調(diào)峰過程中可將火電、水電等新能源發(fā)電作為基荷，將熱電作為腰荷，在實(shí)際供需基礎(chǔ)上適當(dāng)增加基荷出力率，減少傳統(tǒng)熱能發(fā)電能源損耗。與此同時(shí)，調(diào)峰過程中還需要做好多能源輸入下的補(bǔ)償機(jī)制，深入挖掘調(diào)峰潛力。綜上，新能源接入會(huì)造成電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)功率等出現(xiàn)明顯波動(dòng)，部分情況下甚至?xí)鹱冾l或干擾問題，導(dǎo)致電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性受到影響。為解決上述問題，電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)把握好電網(wǎng)性能和效益指標(biāo)兩部分內(nèi)容，在該基礎(chǔ)上加強(qiáng)電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)，設(shè)置好功能模塊和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，從根本上改善電網(wǎng)新能源消納能力，全面推動(dòng)我國新能源電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)程。

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作者：房賢輝 單位：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局