智能电网对电力系统稳定性的影响

王 鹏/新疆铁道职业技术学院

智能电网对电力系统稳定性的影响

王 鹏/新疆铁道职业技术学院

现代电力系统由于大量具有波动性的可再生能源接入以及日益活跃的需求侧推动电力工业朝智能电网的目标逐步推进。智能电网的出现对已有的电网安全稳定分析与控制带来较大影响。本文介绍了中国智能电网的发展、目标和特征，讨论了在智能电网环境下电力系统安全稳定分析与运行、智能调度、大规模风电接入、分布式发电所带来的新问题。

智能电网；稳定性分析；稳定运行；分布式发电；需求侧响应

随着全球资源环境压力的不断增大，电力市场化进程的不断推进及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，要求未来的电网必须能够提供更加安全、可靠、清洁、优质的电力供应，能够适应多种能源类型发电方式及客户自主选择的需要。为此，世界各国都提出要建设灵活、清洁、安全、经济、友好的智能电网，并将智能电网视为未来电网的发展方向。

到目前为止,智能电网还没有一个统一而清晰的定义，还处于研究的初期阶段。我国正处于经济高速发展时期，负荷增长快且能源分布不均，电网结构也比较薄弱，变化快。所以我国智能电网的研究重点是加快建立特高压骨干网架，运用大量新技术提高电网的安全稳定水平。

1.智能电网建设

各国根据自己的实际情况正在建立适合国情的智能电网，中国的智能电网建设相对较晚，但目前已经取得重视并提出了自己的发展目标和规划。

1.1中国智能电网

我国对于能够降低化石能源消耗、节能减排的智能电网需求非常迫切。按照规划，我国2010年风电装机将达到3500万kW，2020年风力、太阳能等可再生能源的发电装机容量将达到总装机容量的16％，2050 年风力、太阳能等可再生能源的发电装机容量将达到总装机容量的30％。如何适应大规模可再生能源发电的高速发展是我国建设智能电网面临的一个重要问题。

结合国际电网技术发展方向和我国电网发展特点，国家电网公司重点组织开展了新型能源接入、特高压输电、大电网运行控制、数字化变电站与数字化电网、灵活交直流输电及储能、电网防灾减灾与城乡电网安全可靠供电、电网环保与节能等方面的研究，在特高压输电技术、电网广域监测分析保护控制技术、电网频率质量控制技术、稳态/暂态/动态三位一体安全防御技术和自动电压控制技术等方面处于国际领先地位。

1.2智能电网的特点

中国智能电网的特征是信息化、数字化、自动化、互动化，简称 “四化”。信息化就是各种实时和非实时信息的高度集成、共享和利用；数字化就是电网对象、结构及状态的定量描述和各类信息的精确高效采集与传输；自动化就是电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复；互动化就是电源、电网和用户资源的友好互动和协调运行。

2.智能电网对系统稳定性的影响

和传统电网相比，智能电网更关注系统中信息的传输、分析和利用。它能优化各级电网的控制，构建结构扁平化、功能模块化、系统组态化的柔性体系架构，并通过集中与分散相结合的方法，灵活变换网络结构、智能重组系统架构、最佳配置系统效能，使电网服务质量得到优化。而分布式电源的接入，其间歇性和不确定性给电网供电造成很大的影响，使得配电网络的结构和潮流更复杂。

2.1智能大电网骨架的安全稳定控制

中国的智能电网要求根据超高压电网形成的过程规律和特高压输电的作用，以及国家发电资源和负荷中心的地理分布特点，加快建设以特高压电网为骨干网架的国家电网。

2020年前为特高压建设的高峰期，也是形成特高压电网的过渡期。在此期间电网结构变化很快，在制定控制策略时应考虑时空的协调。时间协调是指所制定的控制策略应尽量满足电网结构随时间变化的需求。空间协调是指电气距离相近的控制装置间应协调优化。

2.2智能电网中的安全稳定分析软件

智能调度是智能电网的重要组成部分。与传统的安全稳定分析软件相比，智能电网环境下的电力系统安全稳定分析与预防控制软件系统还应该具有以下功能：

1）进行量化分析，给出各种状态的安全稳定裕度；

2）快速的筛选、处理、分析大量的数据，满足在线分析的需求；

3）动态监视电网的运行状态，并提供各种直观、准确、方便的可视化表现手段；

4）发现各种潜在的安全威胁，提供各种安全威胁发生后的控制策略和控制后的安全稳定裕度；

5）在线监视和分析低频振荡，实时监控振荡模式的变化；

6）对电网的各种扰动精确的识别；

7）具有自动调整和优化功能，当监测到一个运行方式稳定裕度过低时，能自动地做出调整使稳定裕度更高，并将调整过程和结果显示给调度人员。

2.3分布式电源的接入

智能电网的一个重要特点是电源结构的多元化，随着智能电网的不断建设，分布式电源将越来越多的接入系统。它们最终将实现所有电压等级上的互联，实现“即插即用”。

分布式发电的特点是：

1） 安全、高效、经济、环保，是供电安全防护和应急处理的理想设施；

2） 投资少、回收快。

分布式电源的接入可以减少对外来能源的依赖并在故障时继续供电，提高供电可靠性。但随着分布式发电在智能电网中占比越来越大，和其自身容量的增大，将给区域电网的安全稳定分析带来影响。因此还需研究如下问题：

1）对各类分布式电源的并网标准做进一步研究。

2）对各类分布式电源的建模方法、参数选取做进一步研究。

3）分析各类分布式电源的静态和动态特性。

4）对地区电网中的大量分布式电源的等值方法进行研究。

2.4大规模风电接入对系统稳定性的影响

风能具有随机性、波动性的特征，其大范围的波动会对系统运行产生巨大影响。从静态来讲，可能会存在由潮流的大范围转移造成的静态电压稳定性或者线路阻塞等问题，而从动态的角度考虑，可能会导致短路容量增加、系统暂态稳定性发生变化等等。此外，风电场往往处于偏远地区，本身电网薄弱可能会加重其对稳定性的影响。

2.5需求侧响应

需求测响应（DR）是智能电网中在用户层级上的应用，通过电价或某种激励方式，在市场电价较高或者系统运行可靠性较低时引导用户配合改变正常用电方式，减少用电需求。其理想形式是“虚拟发电厂”，此形容指负荷可以像发电厂一样为系统提供调节能力，同时其调节控制可像发电机组一样的准确可控。而这就需要与智能电网的发展相结合，从根本上提升控制技术。

通过发展高效可靠的DR控制手段可对电网的运行管理起到如下作用：

1）通过负荷的平移，减小峰谷差，提高电力设备利用率，改善资产管理，同时降低或者缓解电价；

2）提供调频能力，平抑可再生能源接入引起的波动，改善电能质量，同时降低网损；

3）提供紧急备用，取代部分旋转备用容量，减少停电间隔和停电频率，有效地消除区域性大停电。

DR 也是缓解系统短期容量短缺和延缓电网升级投资的有效手段，尤其是在可再生能源发电渗透率快速提高的情形下，通过 DR来应对可再生能源出力的波动和参与辅助服务具有很大的发展潜力。

3.总结

我国智能电网发展的总体目标是以特高压网为骨干网架、各级电网协调发展的电网为基础，利用先进的通信、信息、和控制技术，构建以信息、数字化、自动化、互动化、为特征的自主创新、国际领先的智能电网。

为了建成这样的智能电网，电力系统必须进行根本性变革。随着智能电网的发展，特别是分布式电源的大规模接入，电网的结构特征、运行方式和能源结构都将发生很大的变化。这给传统的电网的稳定运行提出了很大的挑战，也说明传统的稳定性分析方法不再适用，需要研究适应电网发展的新方法，确保智能电网的顺利建设和运行。

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