新能源电力系统优化控制方法及关键技术探究.docx

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新能源电力系统优化控制方法及关键技术探究

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摘要：能源系统日益高涨的清洁化和低碳化的诉求意味着中国必将走向可再生能源电力系统。但以风电和光伏为代表的间歇性可再生能源大规模并网为电力系统运行规划等各个方面带来了全新的挑战。基于此，本文就新能源电力系统优化控制方法及关键技术进行简要探讨。

关键词：新能源；电力系统；关键技术；

1新能源电力系统面临的挑战

1.1稳定与保护

风电和光伏均需要直接或间接通过电力电子装置并网。其电压频率支撑特性与水电、火电等常规机组有较大差别。因此，随着可再生能源接入电网的规模不断增大，系统动态特性将发生深刻变化，对系统稳定运行构成新的挑战。同时，对系统保护装置提出了新的要求。故障连锁脱网与电能质量问题在系统中比例甚至低比例渗透阶段有可能出现。对于机组本身，电力电子装备过流耐受能力比同步发电机差。当机端发生故障时，由于无法像常规机组一样维持并网点电压，风电和光伏电源在电网产生故障时往往更加倾向于尽快脱离电网。由于换流器抗干扰能力弱，在可再生能源发展早期全球便已发生了大量大规模脱网事故。此外，在可再生能源机组的局部并网点，电力电子装置功率开关元件的高频开断动作将产生高频谐波并注入电网，使并网点产生电压畸变与闪变，影响并网点的电能质量。在并网点电压较低、结构薄弱且可再生能源渗透率较高的电网，电压波动与闪变严重程度将会加剧，但通常超出并网标准情况较少。在中低比例阶段的集中并网区域，可再生能源机组电力电子装置与系统中的其他元件相互影响可能产生稳定问题。随着可再生能源渗透率的逐步提升，传统电力系统中以机电动态为主导的各种参数的稳定性，包括功角、电压和频率稳定性均会发生改变。在渗透阶段，由于电力电子的宽频响应特性，系统稳定性不再局限于传统的工频和机电时间尺度，电磁动态特性加剧，导致出现振荡频率范围扩展到数千赫兹的宽频电磁振荡现象。且在渗透阶段，这一现象将不仅局限局部并网地区，宽频电磁振荡将可能扩展至全系统。

2.2经济安全运行

在运行时间尺度上，可再生能源带来的一系列挑战源自其固有波动性与随机性。可再生能源电源出力上限通常不可调度，且其变化规律往往与负荷曲线变化不匹配，甚至呈现反调峰特性。风电场高出力时段可能在负荷较低的深夜，而日中负荷高峰时出力较低。光伏出力在傍晚开始下降，相对晚高峰亦呈现反调峰特性。净负荷的波动需要灵活性资源，比如可调常规电源、储能电站和区外来电等调整出力以保证平衡。随着波动程度的增加，对调峰与爬坡速率等资源总量的需求进一步增大。这一问题在中比例渗透阶段有可能出现。

2019年，中国风电和光伏设备的平均利用小时数分别为2082h和1169h。可再生能源电力系统中，风电和光伏装机容量将远超负荷峰值。按照目前的风光比例与负荷容量系数，假设区域平滑效应为60%，若未来风光需要满足中国80%的电能需求，总电力装机容量将达到负荷峰值的1.75倍。在反调峰的极端场景下，电力过剩更加严重，与外界互联通道容量较小的局部地区尤甚，需要从需求侧角度寻找可调负荷主动消纳多余的可再生能源发电。综上所述，系统调峰与电力市场的组织问题在中比例渗透阶段的时候便会出现，随着渗透率的增加，问题逐渐凸显。极端潮流模式和电力过剩的问题在与极渗透阶段才会出现。

2.3电力系统规划

从电力系统规划的角度看，需要立足于整个系统在更长的时间尺度上考虑可再生能源发展带来的挑战。输电资源短缺的问题在中比例渗透阶段将会出现，随着可再生能源渗透率的不断提高，尤其是分布式可再生能源的普及，输电资源短缺的情况将向更低的电压等级和更广阔的网络范围转移，线路阻塞的情况更加普遍。可再生能源广域空间上的出力波动要求在电网规划中提供充足的输电能力。可再生能源电力系统中电力系统局部的发电负荷自我平衡能力降低，需要更广泛的电网互联，充分利用可再生能源出力平滑效应。

2新能源电力系统优化控制方法及关键技术

2.1稳定性控制与监测

3.1.1高低电压穿越能力改造

可再生能源机组故障穿越模块化改造是除安装无功补偿设备外提高机组故障穿越能力的另一类技术。硬件改造从根本上提升了换流器对系统电压变化的耐受能力。常用的保护电路有2类，一类称为消弧电路，主体为电阻，安装于机组一侧换流器的交流部分，用于吸收过剩能量加速过电流衰减以实现故障时的低电压穿越；另一类称为斩波电路，主体为电阻和开关器件，位于换流器直流部分，通过开关斩波实现能量消耗。

3.1.2控制策略创新

电力电子接口的外部特性由其控制策略决定，可以根据系统需求进行灵活设定，为传统电力系统运行注入了新的可控性。可再生能源机组电力电子接口根据原动机内部以及电网侧电气量的变化，按照预设的策略调整可控资源实现目标电气量达到预设数值。电力电子接口引起的