［關鍵詞］新能源接入；配電網；安全穩(wěn)定；電能質量；保護控制

［中圖分類號］TM77 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0032–03

1新能源發(fā)電類型

新能源發(fā)電指利用風能、太陽能、生物質能、地熱能、海洋能等可再生能源進行發(fā)電的方式。與傳統(tǒng)化石能源發(fā)電相比，新能源發(fā)電具有資源豐富、清潔環(huán)保、可持續(xù)等優(yōu)點。風力發(fā)電利用風力帶動風機葉片旋轉，通過發(fā)電機將機械能轉化為電能；太陽能發(fā)電主要包括光伏發(fā)電和光熱發(fā)電，前者利用光伏效應將太陽能直接轉化為電能，后者則先將太陽能轉化為熱能，再驅動發(fā)電機發(fā)電；生物質發(fā)電通過燃燒生物質燃料或利用生物質氣化、廢棄物厭氧消化等技術產生電能；地熱發(fā)電是利用地下高溫巖體、熱水或蒸汽帶動發(fā)電機發(fā)電；海洋能發(fā)電包括潮汐能、波浪能、海流能等多種形式，分別利用潮汐、波浪、海流的動能或勢能進行發(fā)電。

隨著新能源技術的不斷進步和成本的下降，各類新能源發(fā)電正在逐步克服自身的局限性。同時，新能源發(fā)電接入電網也對配電網規(guī)劃、運行控制、電能質量等提出了新的要求，需要深入研究其影響并采取相應的策略和技術措施，以促進新能源的高效利用和電網的安全穩(wěn)定運行。

2新能源接入對配電網安全穩(wěn)定運行的具體影響

2.1電源結構變化

新能源大規(guī)模接入配電網后，配電網的電源結構將發(fā)生顯著變化。傳統(tǒng)配電網主要由集中式火力發(fā)電等常規(guī)電源供電，具有可調度性強、慣性響應好等特點。而新能源發(fā)電則多為小型分散式電源，其間歇性和波動性使得配電網電源側的不確定性大幅增加。根據國際能源署（IEA）的預測，到2030年，全球風電和光伏發(fā)電量將分別達到1.78萬億kW·h和1.97萬億kW·h，分別約占總發(fā)電量的18%和20%。隨著新能源占比不斷提高，配電網電源將由“單一型”向“復合型”轉變，新能源滲透率的提升使得電源的不確定性、波動性和非線性急劇增加，電源的等效慣性下降，電網系統(tǒng)的同步化特性減弱。這將影響配電網的潮流分布、電壓水平和暫態(tài)特性，給配電網的安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。因此，需要加強對新能源發(fā)電特性的研究，優(yōu)化電源接入和配置方案，完善電網規(guī)劃和運行控制策略，提高對新能源發(fā)電不確定性的適應能力，確保配電網安全、穩(wěn)定、高效運行。

2.2電能質量影響

新能源大規(guī)模接入配電網后，配電網電能質量問題日益突出。新能源發(fā)電設備普遍采用風力發(fā)電機組、光伏逆變器等大功率電力設備，其運行過程中產生的諧波、間諧波、電壓閃變等會嚴重影響配電網的電能質量。風電機組的變流器切換可引起電壓暫降或電壓閃變，從而進一步影響其他用戶的供電質量；風電場集電線路實質上構成諧波源，注入配電網的諧波電流可能引起配電變壓器過熱，縮短其絕緣壽命。此外，逆變器產生的高次諧波可能引起配電線路的諧振，導致過電壓和絕緣損壞事故。光伏逆變器高頻開關也會產生大量諧波，并注入配電網，引起電網電壓和電流波形畸變，損害電力設備絕緣。風電和光伏發(fā)電出力的隨機性還會引起配電網電壓波動，當新能源滲透率較高時，電壓波動幅度可能超過GB/T14549—1993《電能質量公用電網諧波》規(guī)定的5%限值。新能源發(fā)電還可能引起電網三相不平衡，影響配電網的電壓質量。因此，新能源接入對配電網電能質量的影響不容忽視，需采取有效措施加以解決。

2.3保護與控制問題

傳統(tǒng)配電網的保護與控制策略主要針對單向潮流，而新能源接入后，配電網潮流呈現雙向特性，饋線末端可能出現電壓升高，配電自動化終端的電壓測量和控制邏輯面臨新的問題。新能源發(fā)電的間歇性和波動性導致配電網潮流頻繁變化，使傳統(tǒng)的定值保護難以適應，需采用自適應保護等新型保護策略。此外，新能源發(fā)電接入點分散，大量小型電源直接接入配電網，配電網結構日趨復雜，對保護的選擇性、靈敏性和可靠性提出更高要求。新能源發(fā)電的低電壓穿越能力差，在電網故障時易發(fā)生大量解列，可能引發(fā)連鎖反應，導致大面積停電。這表明新能源發(fā)電特性對配電網安全穩(wěn)定控制提出嚴峻考驗。新能源發(fā)電還可能引起配電網孤島運行，對反孤島保護提出新的要求。

3配電網適應新能源接入的策略與技術

3.1電源結構調整

為適應新能源大規(guī)模接入帶來的電源結構變化，配電網需要從網架結構、接入方式、運行控制等方面進行系統(tǒng)性的優(yōu)化調整。

應科學制訂新能源接入規(guī)劃，綜合考慮新能源資源分布、負荷需求特性、電網承載能力等因素，合理選擇新能源接入位置和規(guī)模，避免過度集中接入導致的電壓穩(wěn)定問題。

宜創(chuàng)新新能源接入方式，采用柔性直流輸電、多端柔性直流輸電等先進輸電技術，實現新能源的遠距離、大容量接入和優(yōu)化配置。通過配置柔性直流斷路器、換流閥等關鍵設備，構建柔性互聯的新能源接入系統(tǒng)，提高配電網對新能源出力波動的適應能力和運行靈活性。

需要加強配電網網架結構的優(yōu)化設計，合理提高配電網的環(huán)網率和互聯水平，形成多點接入、多鏈路傳輸的電網結構，減小新能源發(fā)電波動引起的潮流沖擊，提高供電可靠性。采用高溫超導材料、特高壓等新型輸電線路，提升配電網的傳輸容量和穩(wěn)定性。同時，優(yōu)化配電網無功補償裝置的配置，綜合應用靜止無功補償器（SVC）、靜止同步補償器（STATCOM）等先進無功補償技術，實現無功功率的精準調控和優(yōu)化配置，維持配電網電壓穩(wěn)定，提高新能源接入容量。

此外，要構建新能源發(fā)電的智慧調度控制體系，充分應用現代信息通信、人工智能等技術，對配電網內的分布式新能源發(fā)電進行實時監(jiān)控、信息采集和智能分析，實現大范圍內新能源出力的統(tǒng)一調度和協(xié)同控制，最大限度地消納新能源電量，提高電網對新能源擾動的響應能力和運行效率。

3.2儲能技術應用

為緩解新能源大規(guī)模接入對配電網電能質量的不利影響，儲能技術的應用至關重要。儲能系統(tǒng)可通過合理調度，有效抑制新能源發(fā)電的間歇性和波動性，平滑新能源出力曲線，減小電網負荷和電壓波動，提升電能質量。具體而言，可在新能源發(fā)電場站配置電化學儲能裝置或物理儲能裝置，在新能源出力過高時儲存多余電量，在出力不足時釋放儲能電量，起到削峰填谷的作用，維持電網功率平衡。同時，儲能裝置可提供快速充放電能力，參與配電網的有功–頻率調節(jié)和無功–電壓控制，抑制頻率和電壓波動，提高電網運行穩(wěn)定性。針對新能源發(fā)電引起的諧波問題，可利用有源電力濾波器（APF）對諧波進行檢測和補償，結合無源濾波裝置抑制諧波在系統(tǒng)中的傳播和放大。儲能變流器也可兼具有源電力濾波功能，通過注入等效諧波電流，動態(tài)抵消系統(tǒng)中的諧波分量，達到降低諧波含量，改善電能質量的目的。此外，分布式儲能還可以通過合理配置，緩解新能源發(fā)電引起的配電網三相不平衡問題。總之，通過科學規(guī)劃和優(yōu)化配置儲能裝置，并將其與先進的變流控制及諧波治理技術相結合，可顯著提升配電網對新能源發(fā)電波動的適應能力，有效抑制新能源接入引起的電能質量問題，保障電力用戶的供電質量和用電安全。

3.3控制系統(tǒng)優(yōu)化

針對新能源大規(guī)模接入對配電網保護和控制帶來的挑戰(zhàn)，亟需對配電網控制系統(tǒng)進行優(yōu)化和升級，可采用以下策略和技術：①建立適應于雙向潮流的配電網保護策略，采用自適應保護、廣域保護等先進技術，根據新能源出力和負荷變化實時調整保護定值，提高保護的靈敏性和可靠性；②加強配電自動化終端的信息感知和通信能力，通過配置智能傳感器和通信網關，實現對新能源發(fā)電和負荷的實時監(jiān)測，為保護和控制決策提供依據；③構建基于大數據和人工智能的配電網智能控制系統(tǒng)，利用云計算、機器學習等技術，對海量的新能源發(fā)電和負荷數據進行挖掘和分析，實現配電網的全局優(yōu)化調度和自適應控制，提高電網對新能源發(fā)電擾動的魯棒性和快速響應能力；④在新能源發(fā)電場站配置智能故障診斷和隔離裝置，采用智能算法和決策機制，快速識別和定位電網故障，最大限度地減小新能源發(fā)電機組的連鎖解列，提高新能源滲透率下的電網安全水平；⑤加強新能源發(fā)電機組的低電壓穿越能力，通過優(yōu)化逆變器控制策略、配置動態(tài)無功補償裝置等措施，提高新能源發(fā)電設備對電網故障的適應能力，維持并網運行的連續(xù)性和穩(wěn)定性；⑥完善配電網的孤島防御體系，采用基于同步相量測量的孤島檢測方法，實現孤島運行的快速識別和解列控制，確保配電網和用戶側的供電安全。綜合采用上述控制系統(tǒng)優(yōu)化策略和技術，可顯著提升配電網對高滲透率新能源接入的適應能力，實現新能源優(yōu)化配置下的電網安全穩(wěn)定運行。

4結束語

新能源大規(guī)模接入對配電網安全穩(wěn)定運行帶來諸多挑戰(zhàn)，需要從電源結構優(yōu)化、儲能技術應用和控制系統(tǒng)升級等多方面采取綜合措施加以應對。未來，應進一步加強新能源接入的頂層設計和統(tǒng)籌規(guī)劃，完善相關標準和政策法規(guī)，為新能源高效開發(fā)利用創(chuàng)造良好的制度環(huán)境。同時，要深化源網荷儲協(xié)調互動，推動“新能源+儲能”等新模式、新業(yè)態(tài)發(fā)展，提升電網調峰抑波能力。還要加快現代信息技術與電力系統(tǒng)的深度融合，構建安全可控的能源互聯網，實現分布式新能源發(fā)電的即插即用和靈活互動。通過不斷的技術創(chuàng)新和管理優(yōu)化，推動新能源與配電網協(xié)調發(fā)展，實現新能源高滲透率下配電網的安全、穩(wěn)定、經濟、高效運行，為建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系貢獻力量。