新能源电网稳定性协调及控制技术

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摘要：从太阳能、风能等新能源接入后电网可能出现的问题出发，对电网稳定性规划设计的总体思路、控制方案及协调保障措施进行研究，最大限度降低新能源接入对电网性能的影响。

关键词：电网规划；新能源接入；稳定性；方案

1新能源接入后电网稳定性分析

1.1能源结构

进入21世纪以来煤炭资源日益匮乏，过度开采将直接影响生态平衡和社会可持续发展。因此必须在电网建设过程中引入新能源，如风能、太阳能、核能等，将上述能源中的机械能、内能等转变为电能，实现清洁发电、可持续供电，从根本上改善我国电网经济效益和生态效益[1]。调查数据显示：截止到2019年底广东省电网已开始进行新能源改革，形成了以水电、太阳能、生物质能等于一体的综合型电网系统。该电网系统中主要以水力发电为主，太阳能发电和生物质能发电为辅，实现了多级分层消纳，使电网消纳率达到90%以上，为新时期清洁电网建设和发展奠定了良好的基础。

1.2稳定性分析

频率波动。新能源大规模接入后非常容易造成功率缺额，导致电网中出现明显扰动冲击，进而引起低频故障。如水电接入后导致电网机组掉闸、风电接入后引起电网阻尼震荡等，这些均会影响电网的稳定性。此外新能源接入后还可能引发功率过剩，造成电压、功率等超出设定阈值[2]。长此以往超负荷运行必将引起设备性能受到影响，进而造成电网扰动。尤其是在光伏发电过程中，我国电网现阶段电网一般调频能力较弱，一旦光能接入则非常容易引起发电机组调频压力骤增造成的高频故障，从而造成电网安全系数大打折扣。孤岛问题。新能源接入电网时非常容易出现由电网运行故障导致的孤岛问题，在规划设计过程中需全面重视。传统电网运行过程中出现故障后往往可以实现二次重合，但新能源接入后电网故障则大多会造成电网电压波动，进而导致断路器切断保护，此时系统断电形成孤岛[3]。如在风电机组设置的过程中大多不具备低压穿越能力，一旦出现电压故障，将直接导致风电机组脱网，严重影响了电网运行的安全效益。

2新能源接入后电网稳定性协调及控制方案

2.1总体思路

新时期电网规划过程中应从能源结构、稳定性影响等方面出发，在安全可靠、均衡协调、适度超前原则基础上设置好稳定性协调和控制方案，从根本上提升新能源接入后电网强度和消纳能力，使电网安全稳定运行。基于新能源的电网规划设计思路主要从两大方面考量：电网性能。预测性、全面性、可靠性、安全性、稳定性、灵活性；电网效率。新能源和其他装置接入、区外来电的接入、节能调度、调峰电价、电源分布与配套措施。其中电网性能的分析过程中应从预测性、全面性、稳定性等指标出发，确定新能源接入后的电网运行状态，分析电网是否能够满足安全稳定指标需求；经济效益。从电网运行效益和社会效益出发，合理选择新能源接入装置，设置合理电网规划方案，保证新能源接入后的节能调度、调峰消纳等，使系统能够可靠稳定供电。

2.2规划方案

2.2.1建立坚强新型电网为保证新能源顺利接入，在电网发展过程中应加大基础设施建设，有效解决电网老旧、薄弱问题[4]。尤其是在环网骨架规划设计过程中，应依照新能源接入预测规模合理增加电网回路，形成星型环网，保证电网能够安全、稳定输送。如广东省某地区电网改造过程中就可依照区域风电接入现状，在风电机组运行需求和风电接入规模基础上合理预测功率变化情况，确定电网长期运行状态，形成准确电网结构性能和消纳能力评估报告。相关单位根据上述报告对电网风电机组进行协调和优化，调整传统电网架构，形成适应风电接入的新型电网体系，从而使电网安全保障能力全面改善，做好新能源接入的基础保障。

2.2.2合理规划功能模块新能源接入后电网系统将发生明显转变，尤其是在功能模块上，应根据风能、太阳能等差异形成合理的有功控制和无功控制体系，最大限度降低频率波动对电网的影响，使其处于安全、稳定状态，一般友好型新能源电网应包括五大功能模块：有功控制：自动控制有功功率变化率；自动接收调度部门指令、具有按照调度下发出力曲线调整有功出力功能；自动计算电场最大发电能力。无功控制：自动控制电场电压及功率因数；自动接收调度指令并按照要求调整电场出口无功功率或并网点电压；在线监测：监测电场谐波电压、谐波电流、闪变、电压波动等电能质量参数；可实现主站通信；响应主站下发的各项指令；子站具备自动生成在线监测数据报告；自动将测试数据上传至电网公司主站。功率预测：能够对电场有功功率实现日前和超短期预测；与调度部门具有通信功能，定时上报预测结果；具有自动接收气象数据功能。穿越保护：具备低压穿越、低频穿越和有功功率恢复功能等。

2.2.3开展智能协调控制随着智能电网建设的不断深入，在新能源接入过程中也可借助智能控制系统完成协调优化，即在实时监测、分析决策、智能投切等基础上完成能源接入后的负荷调整、功率调整等，消除电网孤岛对区域输配电的影响。主站设计。基于电网稳定性的智能控制系统主站应包括通信功能、数据处理功能、专家分析决策功能等[5]。要能够将前端采集到的新能源接入后电网各项数值（包括电网参数、性能参数、运行参数等）全面整合，通过数据分析和专家决策快速确定新能源接入后电网的稳定性，根据间隔电压、频率变化、功率情况等形成控制指令。一旦出现孤岛问题，及时投切保护，保证电网可靠供电。子站设置。该部分设计的过程中要设置与主站的通信装置、数据采集装置等。应根据电网情况采集智能电表、干扰监测装置、频率检测装置等数据，将其通过GPRS、载波、5G网等传输到上位机系统中，借助HDLC协议顺利通信，为新能源接入后电网运行管理提供可靠数据支撑。与此同时，子站中还需设置智能投切装置、智能保护装置等，如联动开关、断路器等，根据主站发出的各项决策指令执行相应投切保护动作。

2.2.4实现电网效益优化新能源接入后应根据电网稳定性需求设置合理的调峰方案，形成不同层次出力系统，全面提升新能源的应用效益。一般调峰过程中可将火电、水电等新能源发电作为基荷，将热电作为腰荷，在实际供需基础上适当增加基荷出力率，减少传统热能发电能源损耗。与此同时，调峰过程中还需要做好多能源输入下的补偿机制，深入挖掘调峰潜力。综上，新能源接入会造成电网电压、电网功率等出现明显波动，部分情况下甚至会引起变频或干扰问题，导致电网的安全性和稳定性受到影响。为解决上述问题，电网规划设计中应把握好电网性能和效益指标两部分内容，在该基础上加强电网基础建设，设置好功能模块和协调控制系统，从根本上改善电网新能源消纳能力，全面推动我国新能源电网的建设和发展进程。

参考文献

[1]洪绍云,程浩忠,等.输电网扩展优化规划研究综述[J].电网技术,2016,10.

[2]罗金山,刘涤尘,等.新能源接入经济性评估方法研究[J].陕西电力,2016,10.

[3]李常信,常福刚,等.东北电网应对大规模新能源接入运行管理机制研究[J].东北电力技术,2014,11.

[4]穆永铮,鲁宗相,等.基于可靠性均衡优化的含风电电网协调规划[J].电网技术,2015,1.

[5]王立永,刘慧珍,等.北京电网新能源接入规划的策略分析[J].中国电力企业管理,2015,5.

作者：房贤辉 单位：广东电网有限责任公司梅州供电局