大规模新能源发电接入对地区电网的挑战和对策

大规模新能源发电接入对地区电网的挑战和对策
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摘要:在大规模风电并网的前提下,电网充分吸收大规模光伏发电的能力严重不足。但国家对光伏电站接入的宽松政策和新能源优先调度政策的实施,使得常规电源的运行难度加大,大规模光伏电站并网发电对电网运行的影响日益显现。
关键词:光伏;电网;挑战;对策;
针对目前大规模风电、光伏接入福建地区电网的现状,分析了新能源项目的不可预测性和间歇性特点对地区电网调度运行产生的一些影响,探讨了其中存在的问题。结合地区电网管理运行实况,以及未来风电、光伏和电网发展规划,对新能源在福建地区的可持续发展、公共电网安全稳定运行提出了相关措施和建议。
一、大规模分布式光伏电源接入对配电网的影响
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1.电压控制和保护不确定性。配电网内光伏发电系统一般不主动参与电压调节,但此类间歇性电源的接入不但会影响稳态电压分布,还会引起系统电压波动,特别是大规模光伏电站并入配网后,可能导致系统电压越限,因此配电网的电压控制将是主要的问题之一。分布式光
襄樊市职业技术学院伏发电接入后,配电网将成为一个多电源系统,形成新的接地电压源对配网保护会带来不确定性,要求继电保护设备具有方向性,因此继电保护装置的设计和应用思路必须在新的标准下开发和应用。
2.故障处理及可靠性分析。光伏电源与配电系统并网后,配电网的整体结构和运行特性都将发生显著变化,其故障处理及可靠性分析不能直接套用传统方法。大量研究和实践结果表明:如果光伏等分布式电源仅作为备用电源,可以提高系统的供电可靠性;如果光伏等分布式电源与配电系统并网运行,则可能降低系统的可靠性。
3.配电网重构和抗扰动能力。各类分布式电源接入后会形成新的拓扑接入结构,但目前国内外对各类结构的认识仍显不足,为适应分布式电源接入,配电网面临的重构问题,是影响配网安全稳定运行的非常重要的问题,需要超前规划与开展相关的研究工作。各类光伏发电接入配电网后,也会带来各种扰动,影响系统电能质量,主要体现在电压闪烁和谐波、电压脉冲、浪涌、电压跌落、频率偏移、瞬时供电中断等动态电能质量问题。
4.分布式电源与微网安全稳定运行。微电网非正常运行状态包括故障状态和孤岛运行状态。微电网处于故障状态和孤岛运行状态时,会对配电网产生不可预知的影响,影响较大
则就可危及配电网的供电可靠性;配电网发生故障或较大波动时,同样也会对微电网产生较大影响,轻则分布式发电离网运行,重则微电网系统崩溃。因此微电网与配电网互动影响必须考虑故障扰动、大负荷、大发电设备投切扰动的影响。
5.分布式电源与微网核心技术研究。无论是美国的Intelligrid计划,还是欧洲的FENIX计划,都将含分布式发电供能系统的新型配电系统快速仿真视为其整个研究计划的核心和基础。因此,分布式电源与微网和配电网协调优化控制技术、多微网与配电网协调优化控制技术、微电网数字仿真技术等是当前急需要研究和掌握的。
二、风电、光伏大规模接入面临的困难和挑战
风电及光伏产业为地方经济发展带来动力的同时,大规模接入也对电网安全、稳定运行产生了重大影响。和风电一样,光伏发电的自然特征非常明显,且光伏电站的随机性和偶然因素更难预测。在装机规模较小的时候,其对电网的冲击不大;但当装机达到一定规模时,电网调峰和送出压力很大。迅猛发展的风电、光伏产业,在电网并网装机容量的占比逐年增长,逐渐成为影响电网安全、稳定运行的因素。
1.系统稳定问题。某电网风电、光伏发电目前并网的5.63GW容量主要依靠河西750kV交流线路送出,线路充电功率会随线路潮流、电压的变化而变化,由于风电、光电的随机性特点,充电功率的快速变化将对电网的系统稳定产生巨大影响。电网必须具备足够的、动态的感性和容性无功调节能力,同时要求各类发电机组与电网协同调压,才可能实现电网电压的有效控制。面对超大规模风电、光电的远距离输电问题,目前不仅缺乏实际运行管理经验,理论分析计算的结论也存在不确定性。因此,电网存在较大的系统不稳定问题,这无疑给某地区电网调度管理带来了潜在风险与挑战。
2.调频、调峰问题。发电、供电和用电必须同时完成,决定了电力系统的总发电负荷必须随用电负荷的变化而变化。风电、光电的间歇性、波动性、随机性的特点,决定了发电负荷难以保持稳定,更不可能与用电负荷同步变化。为了满足电力系统频率稳定的基本要求,必须有其他电源承担适应风电发电负荷变化要求而相应反向变化的发电负荷调整能力。
三、对新能源大规模集中接入的对策、建议
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某地区是目前全世界集中并网规模最大、输送距离最远和送出电压等级最高的新能源基地,
本地用电负荷较小,外送通道容量有限,系统调峰能力严重不足,无法满足如此大规模的新能源送出与消纳要求,这也是东部地区发展新能源面临的共性问题。对此,应做好以下四方面工作:(1)统筹考虑新能源发展规划与电网规划、新能源发展与电力市场,相互协调、相互衔接。统筹新能源开发时序和电网建设周期,做到新能源项目与电网配套送出工程同步核准、同步建设、同步投运。(2)积极发展福建地区当地用电市场,承接海外产业转移负荷,加快新型电子设备、有机玻璃等一大批高载能重点工程建设,延伸产业链,缓解大规模新能源发展市场消纳能力不足的矛盾。(3)统筹福建电网及东部区域调峰资源。调峰结构经济性较差目前通过综合运用火电深度调峰、水电弃水调峰等各种调峰手段,调峰能力初步满足了现有电网的调峰需要。但火电长期深度调峰,运行经济性较差。无论丰水期、平水期或枯水期,福建电网火电出力率都很低,所有300MW级及以上大型火电机组均存在深度调峰,火电最低出力甚至已达到了其额定容龄的35%一40%左右。火电调峰能力已接近技术极限,运行条件差、不经济。(4)加强新能源并网技术研究,鼓励发电企业发展电网友好型风电技术,在现有成功运行的有功智能控制系统基础上,建设无功智能控制系统,统一控制风电、光伏无功动态补偿系统,提高风电场设备健康水平,改善风电机组低电压穿越能力,有效抑制大规模风电基地集中脱网事故频发的局面。
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总之,在大规模新能源发展方面,中国已经走在世界的前列,我们还需更努力使国内的新能源以科学、高效的方式可持续发展,打造更美好的明天。
参考文献:
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[1]王志琪.关于大规模新能源发电接入对地区电网的挑战和对策.2020.
[2]关海翔.电力系统对并网风电机组承受低电压能力的要求.2019.

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