新能源发电对系统并网运行的影响及对策

新能源发电对系统并网运行的影响及对策

发表时间：2016-12-27T13:45:12.597Z 来源：《电力设备》2016年第21期作者：李京1 张彤2 [导读] 调度性低、接入电网技术性能差和对电网谐波管理的影响等一系列问题。

（国网天津城东供电公司1 国网天津城南供电公司小站供电营业所2）摘要：可再生能源发电的开发利用日益受到重视，其规模的扩大也给电网调度运行带来了新的课题和挑战，同时我们可以预见，可再生能源发电将是未来电力市场的重要组成部分，而风能和光伏等新能源发电存在不稳定、可调度性低、接入电网技术性能差和对电网谐波管理的影响等一系列问题。

关键词：可再生能源；并网；影响；对策

一、我国可再生能源发电的特点及研究意义：

1、我国可再生能源发电的特点：

我国风电发展整体呈现大规模开发、远距离传输、高电压等级集中接入为主，分散接入、就地消纳为辅的特点。我国光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点。

我国可再生能源发电的运行特点主要如下：

（1）装机容量较小。

（2）发电稳定性较差。

（3）调频调压能力有限。

2、我国可再生能源发电并网运行的研究意义：

国家发改委公布的《可再生能源中长期发展规划》提出，到2020年，全国水电装机容量将达到3亿kW（其中小水电7 500万kW），生物质能发电装机3 000万kW。风电装机3000万kW，太阳能发电装机180万kW。

所以，随机性、间歇性可再生能源发电如何友好的并网以及如何解决可再生能源发电并网后给电力系统带来的种种问题，成为越来越迫切需要解决的问题。

二、我国间歇性可再生能源发电并网运行面临的技术问题：

1、风电建设与电网发展不配套。

风电发展规划侧重于资源发展规划，与电网发展规划不协调，在一些地区的风电发展规划中缺乏具体的风电送出和电力消纳的方案。大规模风电基地建设应从国家层面统筹考虑输电线路、网络结构及落点等问题。

由于风电基地输电规划不落实、跨省、跨区电网建设滞后，以及风电场和送出工程建设周期不匹配等原因，部分风电项目出现送出受阻情况。

2、风电与常规电源之间缺乏协调。

风电规划与常规电源规划之间缺乏协调，部分地区风电与常规电源之间存在电力与电量竞争的现象，风电大规模开发显著降低了常规电源的年运行小时数。

另外，调峰电源制约了系统接纳风电的规模，致使部分地区在负荷低谷时限制风电出力。

3、风能资源分布与电力需求不协调，需强大的电网资源配置能力。

风能资源与电力需求大体上呈逆向分布。陆上风能主要分布在西北、华北、东北地区，电力负荷中心集中在东部、中部地区。经济发展与风能资源分布的不平衡，决定了我国风电的大规模开发，必须经过电网在全国范围内优化配置。

4、电力系统安全稳定运行问题。

（1）电网调峰能力不足

风电出力具有随机性、间歇性，大规模风电接入导致电网等效负荷峰谷差变大，即反调节特性明显，增加了系统调峰难度。

我国风电发展较为集中的三北地区电源结构都是以火电为主，基本没有燃油、燃气机组，调节能力不强。东北、华北火电占80%以上，且供热机组较多，西北地区水电较多，但主要集中在没有风电的青海，且受防凌、防汛等多种因素的限制，调节能力不强。我国快速调节电源只占17%。相比之下，美国2007年快速调节电源约占50%，德国快速调节电源约占25%。

（2）电压控制难度加大

风电出力变化范围大，且具有随机性，在风电场不能参与电压控制的情况下，显著增加了电网电压控制的难度。

（3）调频难度加大

风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整，随机性强，可预测性差，而我国现有运行风电机组均不参与系统频率调整，所以，电网频率调整必须由传统电厂分担。在大规模风电接入电网的情况下，随着风电装机容量在电网中比重增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，需同步配套相应容量的调频电源。

5、风电机组性能问题。

风电机组缺少支撑电力系统安全稳定运行的控制性能。例如，风电机组应具有低电压穿越能力，以防止在系统出现扰动或故障情况下脱网停机，对电网造成更大冲击。由于风电机组不具备低电压穿越能力导致的大范围风电切机情况在东北吉林电网及西北电网的甘肃玉门风电场等都发生过。

6、并网过程对电网的冲击问题。

部分可再生能源发电机组由于容量小，常常采用异步发电机。由于没有独立的励磁装置，并网前发电机本身没有电压。因此并网时必然伴随一个过渡过程，会出现5—6倍额定电流的冲击电流。对小容量的电网而言，大量异步电机同时并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其它电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。目前可以通过装设软起动装置和风机非同期并网来削弱冲击电流，但可能给电网带来一定的谐波污染。

7、对发电计划与调度的影响问题。

传统的发电计划基于电源的可靠性以及负荷的可预测性，但部分可再生能源电站出力的不可控性和随机性使得对其既不能进行可靠的负荷预测，也不可能制定和实施正确的发电计划。随着这类随机电源容量比例的增加，必将给电网调度带来不少压力。

三、可再生能源并网运行的对策：

促进电网和可再生能源协调发展，加强调度运行管理。服务可再生能源发展是电网企业适应能源结构变化和新能源格局要求的必然选择。根据这一原则和目标，从管理与技术层面提出如下对策：

1、树立法制观念，依法调度。

学会运用法律和经济手段做好电网调度管理工作。采取切实可行的措施来实现电网的优化调度。要研究电力市场规律，遵守市场规则。应积极争取相关政府部门支持。携手制定可再生能源电站的相关调度管理办法。实行调度管理有法可循、有据可依。

2、科学合理研究规划可再生能源接入容量。

决定一个电网可再生能源装机容量的主要技术因素包括该电网的负荷水平、电源结构和备用容量、电能质量控制指标及系统的稳定性约束等。综合以上各种因素后，才能更合理地确定可再生能源的装机容量。电网调度机构要积极参与电网及新能源的建设规划，做到电网结构合理、优化，可再生能源与电网协调配合，大电源与小电源协调发展，为电网运行提供一个好的物质基础。

3、加快电网建设，促进协调可再生能源发展。

只有建设一个坚强的电网，才能为可再生能源开发利用提供接入、调峰、消纳等多方面的支持。电网企业应在积极争取国家可再生能源发电配套支持政策的基础上，加快电网基础建设和技术改造。其重点应放在提高电网安全稳定水平、提高电网输送能力、提高设备健康水平、降低供电能耗等方面。具体可体现在积极灵活应用交流输电（FACTS）技术，特别是可控串补（TCSC）和静止无功补偿装置（SVC）；积极稳妥实施电网分层分区；积极推广技术先进、成熟的紧凑型输电技术和同杆多回输电技术；积极采取输电线路实时动态增容技术等。

4、积极研究吸纳新技术，提高可再生能源并网性能。

部分可再生能源发电的不确定性给电网控制带来挑战，必须研究吸纳新技术。从全局考虑，一方面要适应其不确定性，提高其供电可靠性；另一方面，必须加强对机组的监控和保护。由于电力电子器件性价比的不断提高，使得变速恒频双馈风力发电机组等新型可再生能源发电机组趋向普遍。这类机组具有提高风能利用率、可通过励磁调整发电功率、取消补偿电容、可向电网输送无功、并网冲击不大等优点，其发电功率的可控性和向电网输送无功等并网性能的提高有利于电网稳定和扩大风电机组并网的允许容量。