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浅谈新能源发电与智能电网 张瑞云

  摘要:电力工业改革带来的挑战与热点问题使得电力系统安全运行备受关注。随着可再生能源、分布式发电和需求响应等成为系统电源的重要组成部分,不同类型新能源的接入带来的不同形式的不确定性问题需要采用更加灵活和智能的系统调度技术来解决。随着可再生能源接入电网数量的不断增加,电力系统迫切需要新的调度系统以更好地应对系统的不确定性问题。

  近年来,世界范围内能源危机日益加剧,能源的开采和使用加速了人类生存环境的恶化。人类必须在有限资源和环境保护要求的双重制约下发展经济。因此,作为一次能源的最大使用者,电力行业综合利用各种新能源具有非常重要的意义。与此同时,以集中发电、远距离输电和大电网互联为主要特性的电力系统的弊端也日益呈现,如技术复杂、不能灵活跟踪负荷的变化、局部的偶然事故极易扩散,导致大面积停电等等。因此,各国不约而同的地提出要建设灵活、清洁、安全、经济、友好的智能电网,将具有智能电网视为未来电网的发展方向,我国也提出了建设坚强智能电网的战略部署。我国新能源近年发展迅速,由于新能源发电具有随机性、波动性和间歇性,其接入电网会影响电力系统的安全稳定运行。“智能电网”的提出,有利于促进可再生能源的发展,实现可再生能源与电力系统有机融合,相对彻底的解决目前困扰新能源发电入网等技术问题题。

  由于受天气影响均具有间歇性和波动性特点,且一般配有整流逆变设备和大量的电力电子设备,会产生一定的谐波和直流分量。谐波电流注入电力系统后,会引起电网电压畸变,影响电能质量,造成测量仪表不准确、加重负荷,还会造成电力系统继电保护、自动装置误动作,影响电力系统安全运行。由于其并网电量随机波动较大、可调节性差,并网时会产生较大的冲击电流,从而会引起电网频率偏差、电压波动与闪变,引起馈线中的潮流发生变化,进而影响稳态电压分布和无功特性,使电的不可控性和调峰容量余度增大。新能源发电单元的频繁启动会使配电线路的负荷潮流变化大,从而加大了电压调整的难度。由于发电设备采用大量的电力电子装置,电压的调节和的控制方式也与传统电网方式有很大不同 。虽然一般新能源的发电装置上装有逆功率继电器,正常运行时不会向电网注入功率,但当配电系统发生故障时,短路瞬间会有电流注入电网,增加配电网开关电流,可能使配电网的开关短路电流超标,影响电网安全运行。

  现行的配电网是一个无源的放射形电网,信息采集、开关的操作、能源的调度等相应比较简单,其实施监测、控制和高度是由供电部门统一来执行的。新能源的接入使此过程复杂化,特别需要对新能源接入后可能出现的“孤岛”现象进行监测预防。

  期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆孤岛中的电压和频率不受电网控制,如果电压和频率超出允许的范围,会对用户设备造成损坏; 如果负载容量大于孤岛中逆变器容量,会使逆变器过载,可能会烧毁逆变器。同时,会对检修人员造成危险; 如果对孤岛进行重合闸操作,会导致该线路再次跳闸,而且负荷可能出现供需不平衡,将严重损害电能质量,从而降低配电网的供电可靠性。

  智能电网解决新能源发电并网问题,将主要应用两个方面的先进技术: 电力电子技术和大容量储能技术。通过电力电子技术,对电力设备和电网进行改造,来提高电能质量,提升电网输送容量和可靠性; 通过引进许多新的储能设备和电源,来平衡和调节新能源发电及电力需求的稳定性。

  (1)高压直流输电技术。高压直流输电技术对于远距离输电,高压直流输电拥有独特的优势。其中,轻型直流输电系统采用门控晶闸管、绝缘栅双极型晶体管等可关断的器件组成换流器,使中型的直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力。此外,可关断器件组成的换流器,还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电,未来还可用于城市配电系统,接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性。

  (2)柔性交流输电技术。柔性交流输电技术是新能源、清洁能源的大规模接入电网系统的关键技术之一,将电力电子技术与现代控制技术相结合,通过对电力系统主要参数( 如电压、相位差、电抗等) 进行灵活快速的适时控制,以实现输送功率合理分配,从而大幅降低输电损耗、提高输电线路输送能力和保证电力系统稳定水平。

  (3)高压变频技术。高压变频技术是在高压大容量电能变换及高品质控制方面应用电力电子技术,对电力系统的频率和幅值直接实施变压变频控制,从而大幅降低损耗。

  (4)同步开断( 智能开关) 技术。同步开断是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。目前,高压开关大都是机械开关,开断时间长、分散性大,难以实现准确的定相开断。实现同步开断的根本出路在于用电子开关取代机械开关,在理论上应用同步开断技术可完全避免电力系统的操作过电压,这样由操作过电压决定的电力设备绝缘水平可大幅度降低,设备的损坏也大大减少。

  (5)大容量储能技术。大容量储能技术对智能电网意义重大,在最新的理论探讨中,其作为解决新能源并网及整合分布式能源方面具有独特的优势。一是能够及时应对电力需求的变化; 二是能够弥补可再生能源发电的不确定性所带来的不足; 三是满足插充式电动汽车的用电需求; 四是推迟输电线路的建设投资,特别是在发生输电线路停电故障后可以满足用电需求; 五是能够为电力调度、电力交易提供辅助服务。储能技术种类多且可以适应不同的环境,目前很多智能蓄能技术都在发展之中,巨型电池、飞轮蓄能都是随时能够投入发电也随时都能进行蓄能,有利于电网的运行,受到电网企业的支持。还有以 ABB 公司轻型静止无功补偿系统为代表的将电池技术和新型电力半导体技术相结合,作为灵活交流输电系统技术的一部分,可以有效提高输电系统输送能力和安全性、灵活性。

  智能电网能使资源开发、发电、输电、储电、配电、供电、售电及用电的电网系统各个环节,进行智能交流,在保证安全的前提下,最大限度地接纳可再生能源,以节省电力成本、降低环境压力。只有加快智能电网的建设和电力体制的改革,才能最大限度地接纳可再生能源发电的容量。储能技术是智能电网的关键技术,就目前技术而言,短时储能将以蓄电池为主,长时间储能以抽水储能最为可靠、经济。未来的可再生能源发电在发送电力的同时,必须参与无功补偿、限发、稳频、动态支撑、储电、低电压穿越等电网新需求,以配合智能电网进行实时的调度和管理。

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  张瑞云(1992.02-),女,汉族,甘肃白银,硕士,(助理工程师),主要研究方向:(风

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