计及新能源的电网多场景规划分析

刘奕滢

（广东电网有限责任公司潮州供电局，广东 潮州 521000）

0 引 言

风力发电具有随机性、波动性、间歇性等特点，可控难度较高，接入电网的过程中很容易由于负荷不均衡导致电网电压波动、峰值波动以及潮流波动等，严重影响了电网的安全效益和经济效益。尤其是在大规模风电接入后，电网规划必须充分考虑风力发电综合系数、需求侧资源、储能系统配置，使其能够处于安全、稳定状态，为我国新能源电网的建设和发展奠定良好基础。

风力发电系统主要利用风电机组将风能转化为电能，其主要包括风轮、发电机、控制器、逆变器以及电池组等。21世纪初，我国开始重视风力发电，在西南部地区大规模进行风电并网，有效缓解了上述地区的用电危机。同时，风力发电还减少了传统能源的损失，可实现零污染排放。

根据国家能源局2017年发布的《关于加快推进分散式接入风电项目建设有关要求的通知》中的各项要求，广东省潮州市于2017年起开始大规模风电并网，主要采用分散式接入110 kV或66 kV降压变压器及以下等级的配电器方式。到2019年底，风电装机总量约为500 MW，约占总装机规模的11.51%。上述就地分散式接入模式符合本地区中低压电网特征，减小了输配电半径，在一定程度上提升了电网经济效益。

但受风电随机性、波动性以及间歇性的影响，分散式风电系统接入后，电网电压、潮流、线损等均发生明显变化，因此需针对不同场景实现有效规划，以改善电网末端电能质量。

1 新能源接入对电网运行的影响

1.1 对电网电压的影响

电网运行过程中对电压等级要求较高，需维持在标准范围内，才能够保证用户用电质量。分散式风电接入后，受天气因素和技术因素等影响，风电会呈现间歇性、随机性，从而造成电网电压随之波动[1]。尤其是在风速大小变化情况下，产生的电压大小也会改变，接入后电网电压波动明显加剧，严重时甚至引起用电测装置损坏，给区域安全用电带来恶劣影响。同时，风速的变化还会导致电网潮流发生改变，引起无功损耗加剧，这在一定程度上也影响了电网电压的稳定性，在电网规划过程中需全面考虑。

1.2 对电能质量的影响

分散式风电接入的形式主要采用就地模式，其接入距离一般靠近负荷中心，运行过程中受逆变器和补偿器等影响，非常容易产生电力谐波，严重时甚至造成启动电压闪变，影响了电网的安全运行。某时段检测分散式风电接入引起电压闪变的情况如表1所示。

表1 分散式风电接入引起的电压闪变情况

为增强分散式风电接入的可靠性和经济性，在并网时必须设置消谐装置，抑制由风力波动引起的谐波。

1.3 对电网运行的影响

分散式风电接入过程中应根据继电保护情况、自动重合装置等做好接入点选择和保护装置的设计，这样才能够最大限度保障电网的安全性能和可靠系数。在继电保护方面，分散式风电接入时往往靠近用电侧，此时风电机组可视为“电源”。若电网线路发生短路故障，风电机组仍可向用电侧提供电能，进而使继电保护装置拒动或误动，如图1所示。

图1 分散式风电接入对继电保护的影响

在上述过程中，变电站D、变电站E之间K4处发生短路故障后，线路短路保护，断路器4断开。风电接入后，K4故障后线路末端仍带电，此时断路器3的保护范围可能延伸到变电站D、变电站E之间的线路，导致继电保护失效。

在自愈控制方面，分散式风电接入后容易使电网电压潮流发生变化，尤其是在区域故障后。此时若分散式风电机组保护未动作，则会直接产生孤岛效应，进而影响故障重合自愈效果，因此在现阶段新能源接入后的电网规划过程中要做好这方面的防范[2]。

2 计及新能源的电网多场景规划方案

2.1 总体方案

计及风力发电的电网多场景规划过程中必须充分考虑不同分散式风电机组现状，针对不同待接入风电系统的特性和负荷特征，确定电网负荷参数，形成合理优化和选址调整，如图2所示。

图2 基于风力发电的电网多场景规划方案

从电网状态、区域用电等数据出发，预测未来用电量需求，针对分散式风电接入后的出力状况和调峰补偿等确定区域电力负荷。利用电网架构、功率装置等确定电网有功功率和无功功率的潮流变化，并根据继电保护需求和自愈控制要求等合理选址，保证分散式风电接入的安全性、可靠性以及有效性。根据风力发电的随机性、波动性，风能利用的有效性、科学性等，判断电网规划是否实用、有效、经济，实施调整和优化。

2.2 规划策略

2.2.1 考虑风电综合系数

分散式风电接入电网时必须在安全指标和可靠指标基础上做好风电综合系数的设置，进行电网负荷调整和优化，以实现经济效益的最大化[3]。因此，设计过程中应从线路成本和风电利用率出发，构建不同场景下的电网规划模型，如表2所示。

表2 分散式风电接入电网的规划策略

2.2.2 考虑用电侧电能质量

分散式风电接入电网的过程中要充分考虑用户用电情况，针对电网中的电能指标合理进行资源设置和分配。例如，在电力用户生产阶段，应根据用电峰谷平情况对风电机组容量进行合理设置。生活用电多在“峰”段时，大规模生产用电可适当调整在“谷”段，风电机组容量应符合峰值用电要求，且留有10%～20%的电量裕度，以保证电网安全、经济运行[4]。在远距离供电过程中，可适当多点接入，减少远距离输电造成的线损，保证输配电效益满足电力需求。必要时还需要在分散式风电接入中设置孤岛保护，适当设置无功补偿，以保证用户用电质量，提升用户用电满意度。此外，还做好电能使用规划，全面控制分散式风电接入过程中的能量损耗问题，从日常工作出发加大负荷管理，改善用户电能质量。

2.2.3 考虑电网储能系统

分散式风电接入过程中，由于风力的不可预测性，在规划过程中必须做好储能装置的设置，利用该装置吸收瞬时风电负荷，在储能后实现平稳、持续输出，从根本上减小分散式风电接入中瞬时负荷对电网产生的冲击[5]。

储能系统配置过程中可在考虑风险综合系数的模型基础上进行选址定位和容量设计，以保证其储能效果符合各项功能实际。为使确定过程得以简化，还可根据实际情况进行编码，采用遗传算法求出储能系统构建中的关键参数。

3 结 论

分散式风力发电接入电网的过程中应充分考虑风电对电网电压、电能、继电保护等的影响，依照用户用电需求、安全运行需求等做好规划设计。尤其是在容量设计、孤岛保护、储能设置等过程中，应充分考虑安全指标、可靠系数及经济效益，构建科学电网规划模型，形成最佳决策方案，保证电网安全稳定的同时，实现分散式风电接入电网效益的最大化。