劉永強(qiáng)

【摘 ?要】新時(shí)期，能源資源緊缺、環(huán)境污染、氣候變化等問題逐漸受到人們的廣泛關(guān)注。因此，應(yīng)高度重視對于新能源的開發(fā)利用，促進(jìn)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型發(fā)展?；诖耍瑢π履茉创笠?guī)模接入對于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行所造成的不良影響進(jìn)行分析，并對基于新能源大規(guī)模接入的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)探究。

【關(guān)鍵詞】新能源發(fā)電;電網(wǎng);接入;安全

引言

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的基礎(chǔ)，而新型電力系統(tǒng)是清潔低碳安全高效能源體系的重要組成部分，在新型電力系統(tǒng)中，要逐步實(shí)現(xiàn)可再生能源對化石能源的替代，而且要以化石能源效能為目標(biāo)控制能源總量，以電力體制改革為動(dòng)力，推動(dòng)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。

1中國能源電力發(fā)展的基本情況

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2020年中國能源消費(fèi)總量為49.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長2.2%;煤炭消費(fèi)量增長0.6%，煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的56.8%，比上年下降0.9%;原油消費(fèi)量增長3.3%;天然氣消費(fèi)量增長7.2%;電力消費(fèi)量增長3.1%;天然氣、水電、核電、風(fēng)電等清潔能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的24.3%，上升1.0%。第一，中國能源消費(fèi)總量在改革開放以后持續(xù)增長，尤其是21世紀(jì)以來總量增加很快。第二，能源結(jié)構(gòu)以煤為主，但煤炭消費(fèi)總量在2013年達(dá)到高值之后基本持平;煤炭消費(fèi)所占比重逐步下降，但仍然占絕對主導(dǎo)地位。第三，石油消費(fèi)總量持續(xù)增長，但增長速度低于天然氣。第四，非化石能源消費(fèi)持續(xù)增長，能源消費(fèi)增量部分主要由清潔能源填補(bǔ)?？傮w來看，中國能源消費(fèi)仍然以化石能源尤其是煤炭為主，正在向清潔能源消費(fèi)轉(zhuǎn)變。

2新能源發(fā)電接入對電網(wǎng)運(yùn)行安全的不良影響

2.1新能源接入造成的低頻問題

2.1.1有關(guān)風(fēng)電滲透率對于低頻振動(dòng)的影響

一般相關(guān)的工作人員可以從系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞确矫婵闯鲲L(fēng)電滲透率對低頻振蕩模式所帶來的影響，如果滲透率較高，那么就會(huì)給阻尼帶來相應(yīng)的影響，還能通過提升滲透率及電壓來有效控制環(huán)路增益，從而達(dá)到優(yōu)化阻尼的目的。風(fēng)電場受并網(wǎng)點(diǎn)方位、規(guī)模及其控制形式的影響，振蕩模式會(huì)出現(xiàn)一定的變化，而輕載運(yùn)作有助于阻尼振蕩，重載會(huì)對阻尼振蕩帶來不利影響。

2.1.2有關(guān)光伏滲透率對于低頻振動(dòng)的影響

如果互聯(lián)系統(tǒng)規(guī)模比較大，光伏滲透率比較高，就會(huì)對電力系統(tǒng)功角動(dòng)態(tài)產(chǎn)生較大影響，尤其是會(huì)對阻尼區(qū)間低頻振蕩產(chǎn)生較大不良影響，分布式光伏可抑制區(qū)間振動(dòng)。在光伏系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，不會(huì)產(chǎn)生新的低頻振蕩，如果光伏電站對于低頻振蕩的影響比較大，則這類光伏電站一般為小容量及非高滲透率形式。因此，如果將小容量光伏系統(tǒng)接入大容量電力系統(tǒng)中，易產(chǎn)生功率振蕩問題。

2.2新能源接入造成的高頻問題

通常，新能源接入問題所引發(fā)的高頻隱患一般來自功率過剩，又或者是因?yàn)槭艿綌_動(dòng)沖擊的影響，電網(wǎng)其他部分的聯(lián)絡(luò)通道在功率傳輸期間易產(chǎn)生一些不良的解列故障，外送功率的直流還會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)峻的閉鎖事故等。進(jìn)一步來說，新能源接入系統(tǒng)的高頻保護(hù)部分常常被用作維護(hù)發(fā)電機(jī)組本身，如果相關(guān)的工作人員設(shè)置不合理，那么極易引發(fā)系統(tǒng)故障，最終會(huì)引發(fā)新能源機(jī)組退出。許多新能源接入系統(tǒng)后，因?yàn)轱L(fēng)電、光伏缺少一次調(diào)頻這一項(xiàng)功能，水電、火電等常規(guī)機(jī)組的調(diào)頻壓力會(huì)突然上升，隨之我國各行各業(yè)應(yīng)用新能源的比重上升，其系統(tǒng)的調(diào)頻作用將遭受一定程度的影響，風(fēng)電、光伏原本的高頻保護(hù)設(shè)施就極難與新的工程目標(biāo)達(dá)成統(tǒng)一。為了盡可能降低頻率崩潰概率，相關(guān)的工作人員需要根據(jù)新能源接入的實(shí)際條件，合理確定風(fēng)電及光伏電站高頻保護(hù)值，一旦出現(xiàn)異常的高頻故障，相關(guān)的工作人員需要采取連鎖切機(jī)的手段予以處置。

2.3新能源難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供能

新能源發(fā)電還有能量密度低、分布廣泛、便于分散使用的特點(diǎn)，有可能出現(xiàn)千家萬戶均可發(fā)電的狀況。但是，自發(fā)自用的特點(diǎn)是有時(shí)電能富余，有時(shí)電能不足，而且自發(fā)自用難以保障用戶的電能質(zhì)量。因此，用戶在電能富余時(shí)可以將電賣給電網(wǎng)，不足時(shí)由電網(wǎng)供電。同時(shí)，隨著更多的電能由分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)，由分布式電源和相關(guān)儲(chǔ)能、調(diào)控、保護(hù)設(shè)施構(gòu)成的微電網(wǎng)和主動(dòng)配電網(wǎng)逐漸增多。一方面，大量使用低碳能源有利于優(yōu)化能源電力系統(tǒng)，對于維護(hù)大電網(wǎng)的安全性也有一定的好處。另一方面，原有電力的負(fù)荷特性發(fā)生改變，而且新能源的波動(dòng)性、隨機(jī)性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)加大了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的難度?！霸础币呀?jīng)不是傳統(tǒng)的“源”，“荷”也不是傳統(tǒng)的“荷”，為了保障電力系統(tǒng)安全，“源”與“荷”之間必須協(xié)同互動(dòng)。在“源”方面，盡可能提高預(yù)測的精度并加強(qiáng)調(diào)節(jié)性能;在“荷”方面，也應(yīng)當(dāng)提高調(diào)節(jié)能力或者需求響應(yīng)能力。

3基于新能源大規(guī)模接入的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

3.1新能源安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)含有多個(gè)穩(wěn)定控制裝置，通過光纖通道將其連接成為整體結(jié)構(gòu)。需設(shè)置主站及子站，其中主站是安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心部分，而子站則可作為執(zhí)行層。在安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，可設(shè)置主從式單層結(jié)構(gòu)或者復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，主站數(shù)量要求控制在2個(gè)以上，在所有子站運(yùn)行中，可接收來自各個(gè)主站的通信數(shù)據(jù)。

3.2站點(diǎn)結(jié)構(gòu)

3.2.1主站情況

在系統(tǒng)應(yīng)用過程中，主站主機(jī)可以與子站保持順利通信，而且能順利地接收搜集的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)運(yùn)作期間，如果出現(xiàn)事故，那么主機(jī)將立刻接收動(dòng)作信號，再向子站輸送跳閘指令。在主站中，從機(jī)的作用比較多，具體包括收集數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)報(bào)送、判斷接入間隔電壓以及與主機(jī)通信等。

3.2.2子站情況

在子站中，主機(jī)可與主站中的裝置保持正常通信，可接受由主站所發(fā)出的指令，并接受由本站從機(jī)所采集的數(shù)據(jù);通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、計(jì)算和分析，能準(zhǔn)確判斷接入間隔電壓，并將動(dòng)作上報(bào)至主機(jī)。在系統(tǒng)規(guī)劃安裝中，相關(guān)的工作人員需要依據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況明確主站及子站的安裝位置。針對主站，相關(guān)的工作人員可以把主站安裝在系統(tǒng)側(cè)變電站;針對子站，則可將其安裝在新能源側(cè)站點(diǎn)。在主站與子站之間，可通過光纖通信方式進(jìn)行連接。此外，在站與站以及站內(nèi)，可利用HDLC協(xié)議進(jìn)行通信。

4新能源大規(guī)模接入的作用

加快新型電力系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)程新型電力系統(tǒng)構(gòu)建是“十四五”時(shí)期的主要任務(wù)之一。這個(gè)任務(wù)是貫穿實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的全過程。新型電力系統(tǒng)不能夠脫離“發(fā)、輸、變、配、用、儲(chǔ)”各環(huán)節(jié)的技術(shù)、設(shè)備、工程實(shí)體而獨(dú)立存在，所以新能源成為主體能源必然是一個(gè)漸進(jìn)的過程。隨著新能源的發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源尤其是煤電必然要逐步退出，這需要一定的時(shí)間;同時(shí)，技術(shù)發(fā)展仍然處在非?；钴S的階段，在能源電力轉(zhuǎn)型中必須高度關(guān)注各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，防止技術(shù)鎖定、投資鎖定。從宏觀角度而言，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建與中國碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑具有方向的一致性，但是，新能源的發(fā)展是推動(dòng)、引導(dǎo)、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的基本動(dòng)力，是“先行官”，所以，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建完成時(shí)間應(yīng)適當(dāng)超前于碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。

5結(jié)論

在電網(wǎng)建設(shè)中，新能源利用率逐漸提高，但是，將新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)后，可能會(huì)對電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性造成不良影響。就新能源接入電網(wǎng)后對于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行效果的影響以及具體的控制策略進(jìn)行探究至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]張順，郭濤，葛智平，等.大規(guī)模新能源接入后系統(tǒng)調(diào)峰能力與常規(guī)電源開機(jī)方式關(guān)系研究[J].電力科技與環(huán)保，2016，44（2）：48-51.

[2]何正友.分布式新能源接入電網(wǎng)的諧波熱點(diǎn)問題探討[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2016，（3）：5，60-65.

[3]李明節(jié)，于釗，許濤，等.新能源并網(wǎng)系統(tǒng)引發(fā)的復(fù)雜振蕩問題及其對策研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017，41（4）：1035-1042.