清洁能源接入对城市电网发展的影响

清洁能源接入对城市电网发展的影响

摘要：现阶段，人类必须直面日益严重的环境问题，地球上的能源越来越紧缺，气候的变化越来越反常，环境的污染也越来越严重。在这样的大背景下，清洁能

源的应用与推广变得更为重要。

关键词：清洁能源；城市电网；影响

引言

能源紧缺、气候变化和环境污染问题是21世纪人类所面临的重大课题。目前，全球80%以上的能源消费依赖煤炭、石油、天然气等化石能源，大量温室气体排

放带来了气候变化、环境污染等一系列问题，严重威胁了人类社会的可持续发展。新一代的清洁能源的研究与应用成为了必然的发展趋势。但在电网系统运行中，

清洁能源受自身随意性、间歇性影响，很容易导致电网电压失衡、系统短路等一

系列问题的发生。据此，如何实现智能电网与清洁能源的并网应用已成为当下相

关工作人员最亟待解决的问题之一。

一、清洁能源概述

简单来说，在使用过程中，不会排放出有毒物质，对环境污染较小甚至没有

污染的能源可统称为清洁能源。举个例子来说，风能、太阳能以及沼气就是最常

见的清洁能源。与之相对的非清洁能源，就是指在使用的过程中，会给环境带来

较大的污染，甚至是有毒物质的能源，例如煤炭、石油等化石燃料。

风能是一种最为常见的清洁的可再生能源，现如今，采取风力发电的方式是

十分普遍的，其基本原理就是将风能通过一定的装置转化为机械能，再进一步将

机械能转化为电能。风力发电是一种较为安全可靠的发电方式，随着科学技术的

发展与进步，风力发电的成本正逐渐降低。

作为最典型的清洁能源，太阳能正逐渐从补充能源向替代能源过渡，利用太

阳能发电的方式成为光伏发电。光伏发电具备着其他发电方式不具备的特性，它

不仅是可再生的环保清洁的，还是一种资源分布广泛并且建造灵活的发电方式。

太阳能光伏利用的主要发展趋势将逐渐转化为太阳能光伏并网发电，太阳能发电

的趋势也正一步步的从无电地区向有电趋势蔓延。

二、智能电网的基本概述

智能电网是一种电网智能化的表现形式。它以双向通信网络为前提，利用各

种先进的测量与传感技术，据此实现电网系统运行的安全性与可靠性。一般而言，智能电网的关键技术组成可以分为以下几点。

1、高级量测体系

这一体系在智能电网中肩负着对双向通信网络的远程调动与监控任务，对系

统各关键部分的工作状态起到实时的监测。整个体系的核心是高级数字化仪表设备。

2、高级配电运行

这一子系统的核心技术为高级配电自动化，它所具备的配电仿真模拟与保护

控制功能都为电网的智能化控制与电网自愈功能的实现提供了技术支持。

3、高级输电运行

这部分技术通过对广域测量系统的合理应用不仅能够实现输电系统乃至变电

站的自动化管理与运行，同时还能为智能电网中各相应组成部分提供功能参照与

配合。

4、高级资产管理

这一技术的实现要求系统配备有大量的高级传感设备，这些设备对有关智能电网运行与发展的信息数据进行持续且全面的收集，据此为资产优化与电网战略规划的制定提供可靠的数据支持。

三、清洁能源接入对城市电网发展的影响

1、新能源发电对电网频率的影响

在电力系统的运行中，很少会出现频率异常的状况。在光伏发电并入城市电网之后，在光伏发电容量较小时，即便是多台机组进行投切，也并不会出现城市电网频率越限的情况。但是，随着城市电网中并入的清洁能源发电站容量增大之后，城市电网的频率会受到清洁能源机组出力时随机性的影响而出现波动，这无论是对于用户还是城市电网本身都会产生不良影响。将城市电网受到风电场功率波动的影响转变为一个等效传递函数，也就是风电场输出功率波动以及火电组转速变化的传递函数，以此为依据将系统频率受到风电功率波动影响的评估模型建立起来，由此得出城市电网在火电机组的自动发电控制系统功率为0.01～1.0Hz 时所受到的影响最大。因此，在大量的清洁能源接入城市电网的时候，要对清洁能源发电时产生的波动性以及间歇性进行充分地考虑，并将清洁能源发电的功率预测以及电网运行的调度相互结合起来。

2、清洁能源对馈线稳态电压的影响

当清洁能源发电站与主变电站距离较远的时候，馈线电压会上升很高。由于在最小运行方式下，新能源发电站容量相对于负荷的比例大，使得电站上游输送的功率减小甚至出现逆流，从而使得最小运行方式下，新能源发电站不同位置并网的馈线电压分布，与最大运行方式相比馈线电压有着较大的上升。可见接入位置分散时的电压曲线比电源集中时电压曲线要平滑，布置越分散则馈线末端节点的电压也被抬得越高。

清洁能源的输电线路阻抗、发电穿透功率以及接入电网短路容量等3方面因素，共同决定了清洁能源发电站与城市电网公共连接点的电压稳态变化。以某地区50MW风电场公共连接点电压为研究对象，可以从其输出功率波动的实测曲线中看出来，城市电网在一定程度上受到风电场功率输出的支撑，且城市电网的电压支撑强度会随着风电场的有功输出变大而变大。据调查，该风电场的无功输出基本上是在0.5～1.0Mvar范围内，城市电网电压的稳态也会受此影响。

3、清洁能源对电网电压波动和闪变的影响

将风电机组中的恒速定桨距与变桨距在切换过程中产生的电压波动以及闪变进行分析，并研究了电压波动以及闪变在持续运行过程中的状态，结果发现电压波动以及闪变在切换过程中比持续运行过程中要大，而在恒速变桨距的风电机组之间得出的结论却是与此相反的。

因此，在清洁能源接入城市电网之后，其电压波动以及闪变都可以通过变速恒频风电机组的平滑功率，来减小由于功率波动而造成的影响。不同的控制方式适用于不同的风速区域，在风电机组连续运行过程中，由于不同的风速具有不同的特点，城市电网电压的闪变也可能在低风速区域逐渐变大，因此在高风速区与低风速区要采取不同的控制方式。

结语

总之，坚强智能电网项目的提出对缓解国内资源使用危机有很大的帮助，能够在满足用户电能使用需求的同时达到降低能耗的效果。国家电力部门在电网规划期间，要注重对电网结构、设备、性能等方面的综合评估，保证电网能够达到国家智能标准的要求。