新能源发电有着非常明显的时间性与季节性特征,在接入电网时会对电网造成一些不良影响,导致电网的不稳定。因此,对智能电网中新能源发电并网时对电网电能质量的影响做多元化的分析,并来优化配置消除不良影响,是保证智能电网稳定运行的重要措施[1]。
新能源发电大部分都为分布式电源,分布式电源由美国在1978年提出,是一种较为新型的供电方式,在出现之初主要是为了服务偏远地区特定用户的用电需求而建设在用户附近的小型供电系统。随着对可再次生产的能源的利用研究,可再次生产的能源发电的比例逐年提高,如风力发电、光伏发电、潮汐发电等的利用,例如在山西大同建设的熊猫光伏发电厂,新能源发电也指这些不稳定的小型发电系统。传统的新能源发电主要建于用户附近,能源利用率高,经济性较强,随着新能源发电的发电功率慢慢的升高、而新能源发电建设区域一般经济发展较为不足,电力需求不大,这造成了能源的极大浪费,因此新能源发电有了并网需求。新能源发电虽然不特指可再次生产的能源的发电系统,但我们国家新能源发电主要由可再次生产的能源发电系统组成,如光伏发电、风力发电等。因此新能源发电的发电功率并不稳定,有一定的时间性与季节性特点,这对新能源发电并网时造成了不良影响[2,3]。
新能源发电的位置分布较为合理,离用户较近,尤其是在边远地区的电力利用方面具有较多优势,相比于传统的大型供电系统主要有如下优势:能源利用率高,更节能。新能源发电位于用户附近,输电距离近,因此输电损失也较小,能源利用率高;对环境污染小,更环保。目前新能源发电主要以风能、太阳能、潮汐能、地热能为主要的发电能源,都是可再生的清洁能源,对环境不构成污染,同时也避免了原料运输;投资所需成本低,风险较低。新能源发电的建设非常快,且主要利用自然可再生资源,因此主要为设备投入和人员投入,无资源投入且位于用户附近无需较大的配电设施投入,投资所需成本和运行成本都较低,且建设周期短。
新能源发电并网时存在较多不确定因素。如在新能源发电并网前启动与运行时,要分析用户的实际的需求,与原有的电网相互配合,而新能源发电受外因的影响较大,这些不确定因素对并网时造成了较大的压力。此外,新能源发电输出还未达到50Hz的标准,因此在进行并网前要对其进行功率转换以达到并网的要求,新能源并网前要先进行逆变。但电力系统存在相应的非线性负载,电子设备在操作的时会对电网造成影响。
电力谐波。新能源发电在进行并网时需通过电子电力设备做功率转换,而新能源发电的特点决定了其需较为频繁地启动与关闭,会产生谐波分量。谐波分量对电网和用户的影响都较大,如造成谐波污染会导致电压共振等问题。谐波污染的程度主要受功率变换器的连接、电机绕组、电机接地等因素的影响,如谐波污染程度较大对电网的稳定运行构成威胁,电网调度机构可能会选择将新能源发电断开,保证电网的稳定运行。因此在新能源发电安装时要认真评估分析谐波影响并建立模型进行模拟,以保证新能源发电的质量。
电压波动。新能源发电并网时供电量如何和所需负荷量能保持同步调节,其能抑制电压波动情况。但如果其供电量与负荷量不匹配则会导致非常严重电压波动,造成不好影响。新能源发电并网时的接入位置与接入容量也较为重要,如其接入位置和接入容量不合理,同时控制也不到位,会造成配电线路的负载变化较大,产生潮流变化,造成较大的电压波动。
电压稳定性。新能源发电在并网时电网由单电源变为多电源来源,会引发潮流方向与大小的变化,造成电网的稳态电压发生明显的变化,而新能源发电由于其时间性的特点需要退出电网时,又会再一次对电网造成影响,致使部分节点失去电压支撑,导致电网的线路出现电能问题。为避免以上影响,新能源发电并网时要保持高功率,这样在新能源发电退出时不会导致电压出现较大的波动。但不同的新能源发电并网时对电网电压造成的影响不同,现阶段还没有更好的方式去避免。
电网指的是包含有输电设施、变电设施和配电设施的系统集合,电网调度自动化系统是利用信息技术、计算机技术、控制技术等多种技术根据电网应用的真实的情况,对电网进行实时调控的技术。自电网调度自动化系统出现以来,其已经经历了多个阶段的发展:第一阶段是上世界70年代以专用机和专用系统为基础的SCADA系统;第二阶段是上世纪80年代以调度主机双机备用系统为特点的EMS能量管理系统;第三阶段是上世纪90年代以精简指令计算机的开放式分布EMS为系统,可支持RISC图形工作站的分布式系统;第四阶段是一台集合了EMS、DMS、WAMS以及信息平台等多个系统的综合调度系统,也是现阶段主要使用在的电力调度系统,该系统安全性较高,解决能力较强。但随着电力市场的一直增长,信息技术的慢慢的提升,现有电力调度自动化系统已难以适应未来电网发展的需求,因此对其进行升级与发展势在必行。
综合而言,未来电力调度自动化系统将更为智能化,且集成程度与标准性都将逐步提升,将更适应未来社会对电力应用的需求。随着电网调度系统的发展,电网调度系统越来越向着智能化的方向发展。图1为新一代智能电网调度系统D5000的解析架构。
现阶段我国电网调度自动化系统发展势头比较良好,虽仍存在一些问题,但随着慢慢的变多高素质人才的涌入,且随着我们国家电力系统的发展与成熟,电网调度系统的管理方案将慢慢的变搞效、信息监控的准确性与实时性将慢慢的升高、电网的稳定性与安全性也将获得极大的提升。电网调度自动化系统的应用可大大降低新能源发电并网时对电网电能质量造成的影响,但重要的还是智能电网的建设。
智能电网是在物理电网的基础上发展而来的新电网系统,融合了通讯技术、信息技术、传感测量技术、控制技术和计算机技术等多种新型的技术。实现了电网的全自动管理,并可实时监控全用户和节点。智能电网的供电效率更加高,安全性和可靠性更强,主要有如下特点:
供电稳定性更强。当智能电网出现突发故障时,电网中的设备会启动保护的方法,防止大范围的停电事故。保证多数用户的用电稳定性。传统的物理电网在面对自然灾害时,一旦停电将是大范围的停电事故,对社会生产生活造成巨大的影响,而智能电网面对灾害时可有效切除故障部分对电网造成的影响,保证绝大部分地区的用电稳定性,使停电的损失将到最低。
兼容性更强。智能电网可实现多种不同能源的接入并保持电网的稳定性,尤其是新型不稳定能源的接入,如风力发电、潮汐发电、太阳能发电等,传统的物理电网面对大规模的新型能源接入或断开时会由于负载的剧烈变化而造成供电的不稳定,而智能电网可适应这种变化并保持供电的稳定性,促进绿色可持续能源的发展,满足供电来源的多样化需求,并降低化石能源的消耗,降低环境污染。
修复能力更强。智能电网集成使用了大量的新技术和新设备,在其运行过程中可实现自我监控对故障的预警,当发生故障时会对故障进行自我诊断并及时修复故障,对于无法自动修复的故障会自动启用备用装置,切除故障装置并及时将故障上传,通知有关人员及时排除故障。
加强并网规划与管理。首先在进行建设时要对新能源发电做多元化的分析,确定建设的容量和等级,并完成相应模型的建设和监控系统的实施;其次,并网前要做好调试工作,对新能源发电的质量进行科学合理的评估,并安装好谐波治理装置;最后利用智能电网实时监控的特点做好对新能源发电的在线监控,加强对新能源发电的管理。
完善并网安全技术规范。制定相关的新能源发电并网规范并积极展开相关领域的研究,优化新能源发电的并网流程,做好技术管理。如针对10kV电压接入电网的电源,应在并网点完成拥有断开点的开断设施安装并确保电网侧接地;针对220V/380V电压接入的电源,除安装具有开断指示的设备还应在并网点完成漏电保护设施安装。
加快智能电网的建设。智能电网的自我调节能力更强,对于新能源发电的变化可进行自适应调整,有效提升了控制的即时性和高效性。且可某些特定的程度上避免人的因素造成的影响。此外智能电网的自我保护能力也更强,当新能源发电对电网造成损害时可及时作出响应,避免损害逐步扩大,提高电网的稳定性和安全性。
我国新能源发电发展非常迅速,尤其是分布式电源的利用率逐年上升,如农村房顶的光伏发电项目,不仅为农户带来一定的收入且提高了空间利用率与能源利用率。因此,采取一定的措施避免新能源发电并网时对电网造成的影响,对于新能源发电的发展利用很重要,可有效促进我国的可持续发展。
