新能源大规模接入对电网安全稳定运行的影响分析

刘永强

【摘  要】新时期，能源资源紧缺、环境污染、气候变化等问题逐渐受到人们的广泛关注。因此，应高度重视对于新能源的开发利用，促进能源战略转型发展。基于此，对新能源大规模接入对于电网安全稳定运行所造成的不良影响进行分析，并对基于新能源大规模接入的电网安全稳定控制系统进行详细探究。

【关键词】新能源发电;电网;接入;安全

引言

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰碳中和的基础，而新型电力系统是清洁低碳安全高效能源体系的重要组成部分，在新型电力系统中，要逐步实现可再生能源对化石能源的替代，而且要以化石能源效能为目标控制能源总量，以电力体制改革为动力，推动新型电力系统构建。

1中国能源电力发展的基本情况

根据国家统计局数据，2020年中国能源消费总量为49.8亿吨标准煤，比上年增长2.2%;煤炭消费量增长0.6%，煤炭消费量占能源消费总量的56.8%，比上年下降0.9%;原油消费量增长3.3%;天然气消费量增长7.2%;电力消费量增长3.1%;天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的24.3%，上升1.0%。第一，中国能源消费总量在改革开放以后持续增长，尤其是21世纪以来总量增加很快。第二，能源结构以煤为主，但煤炭消费总量在2013年达到高值之后基本持平;煤炭消费所占比重逐步下降，但仍然占绝对主导地位。第三，石油消费总量持续增长，但增长速度低于天然气。第四，非化石能源消费持续增长，能源消费增量部分主要由清洁能源填补。总体来看，中国能源消费仍然以化石能源尤其是煤炭为主，正在向清洁能源消费转变。

2新能源发电接入对电网运行安全的不良影响

2.1新能源接入造成的低频问题

2.1.1有关风电渗透率对于低频振动的影响

一般相关的工作人员可以从系统的运行状态、网络拓扑等方面看出风电渗透率对低频振荡模式所带来的影响，如果渗透率较高，那么就会给阻尼带来相应的影响，还能通过提升渗透率及电压来有效控制环路增益，从而达到优化阻尼的目的。风电场受并网点方位、规模及其控制形式的影响，振荡模式会出现一定的变化，而轻载运作有助于阻尼振荡，重载会对阻尼振荡带来不利影响。

2.1.2有关光伏渗透率对于低频振动的影响

如果互联系统规模比较大，光伏渗透率比较高，就会对电力系统功角动态产生较大影响，尤其是会对阻尼区间低频振荡产生较大不良影响，分布式光伏可抑制区间振动。在光伏系统的实际应用中，不会产生新的低频振荡，如果光伏电站对于低频振荡的影响比较大，则这类光伏电站一般为小容量及非高渗透率形式。因此，如果将小容量光伏系统接入大容量电力系统中，易产生功率振荡问题。

2.2新能源接入造成的高频问题

通常，新能源接入问题所引发的高频隐患一般来自功率过剩，又或者是因为受到扰动冲击的影响，电网其他部分的联络通道在功率传输期间易产生一些不良的解列故障，外送功率的直流还会产生较为严峻的闭锁事故等。进一步来说，新能源接入系统的高频保护部分常常被用作维护發电机组本身，如果相关的工作人员设置不合理，那么极易引发系统故障，最终会引发新能源机组退出。许多新能源接入系统后，因为风电、光伏缺少一次调频这一项功能，水电、火电等常规机组的调频压力会突然上升，随之我国各行各业应用新能源的比重上升，其系统的调频作用将遭受一定程度的影响，风电、光伏原本的高频保护设施就极难与新的工程目标达成统一。为了尽可能降低频率崩溃概率，相关的工作人员需要根据新能源接入的实际条件，合理确定风电及光伏电站高频保护值，一旦出现异常的高频故障，相关的工作人员需要采取连锁切机的手段予以处置。

2.3新能源难以实现稳定供能

新能源发电还有能量密度低、分布广泛、便于分散使用的特点，有可能出现千家万户均可发电的状况。但是，自发自用的特点是有时电能富余，有时电能不足，而且自发自用难以保障用户的电能质量。因此，用户在电能富余时可以将电卖给电网，不足时由电网供电。同时，随着更多的电能由分布式发电接入配电网，由分布式电源和相关储能、调控、保护设施构成的微电网和主动配电网逐渐增多。一方面，大量使用低碳能源有利于优化能源电力系统，对于维护大电网的安全性也有一定的好处。另一方面，原有电力的负荷特性发生改变，而且新能源的波动性、随机性、不稳定性等特点加大了电网安全稳定运行的难度。“源”已经不是传统的“源”，“荷”也不是传统的“荷”，为了保障电力系统安全，“源”与“荷”之间必须协同互动。在“源”方面，尽可能提高预测的精度并加强调节性能;在“荷”方面，也应当提高调节能力或者需求响应能力。

3基于新能源大规模接入的电网安全稳定控制系统

3.1新能源安全稳定控制系统结构

安全稳定控制系统含有多个稳定控制装置，通过光纤通道将其连接成为整体结构。需设置主站及子站，其中主站是安全稳定控制系统结构的核心部分，而子站则可作为执行层。在安全稳定控制系统的实际应用中，可设置主从式单层结构或者复合结构形式，主站数量要求控制在2个以上，在所有子站运行中，可接收来自各个主站的通信数据。

3.2站点结构

3.2.1主站情况

在系统应用过程中，主站主机可以与子站保持顺利通信，而且能顺利地接收搜集的数据。在系统运作期间，如果出现事故，那么主机将立刻接收动作信号，再向子站输送跳闸指令。在主站中，从机的作用比较多，具体包括收集数据、计算数据、数据报送、判断接入间隔电压以及与主机通信等。

3.2.2子站情况

在子站中，主机可与主站中的装置保持正常通信，可接受由主站所发出的指令，并接受由本站从机所采集的数据;通过对数据进行采集、计算和分析，能准确判断接入间隔电压，并将动作上报至主机。在系统规划安装中，相关的工作人员需要依据现实状况明确主站及子站的安装位置。针对主站，相关的工作人员可以把主站安装在系统侧变电站;针对子站，则可将其安装在新能源侧站点。在主站与子站之间，可通过光纤通信方式进行连接。此外，在站与站以及站内，可利用HDLC协议进行通信。

4新能源大规模接入的作用

加快新型电力系统构建进程新型电力系统构建是“十四五”时期的主要任务之一。这个任务是贯穿实现碳达峰碳中和目标的全过程。新型电力系统不能够脱离“发、输、变、配、用、储”各环节的技术、设备、工程实体而独立存在，所以新能源成为主体能源必然是一个渐进的过程。随着新能源的发展，传统化石能源尤其是煤电必然要逐步退出，这需要一定的时间;同时，技术发展仍然处在非常活跃的阶段，在能源电力转型中必须高度关注各项技术的发展，防止技术锁定、投资锁定。从宏观角度而言，新型电力系统的构建与中国碳达峰碳中和目标的实现路径具有方向的一致性，但是，新能源的发展是推动、引导、实现碳达峰碳中和目标的基本动力，是“先行官”，所以，新型电力系统的构建完成时间应适当超前于碳达峰碳中和目标。

5结论

在电网建设中，新能源利用率逐渐提高，但是，将新能源大规模接入电网后，可能会对电网运行安全性和稳定性造成不良影响。就新能源接入电网后对于电网安全稳定运行效果的影响以及具体的控制策略进行探究至关重要。

参考文献：

[1]张顺，郭涛，葛智平，等.大规模新能源接入后系统调峰能力与常规电源开机方式关系研究[J].电力科技与环保，2016，44（2）：48-51.

[2]何正友.分布式新能源接入电网的谐波热点问题探讨[J].南方电网技术，2016，（3）：5，60-65.

[3]李明节，于钊，许涛，等.新能源并网系统引发的复杂振荡问题及其对策研究[J].电网技术，2017，41（4）：1035-1042.