电力系统自动化中的新能源接入与优化控制

摘要：随着新能源技术的快速发展，风电、光伏等可再生能源在电力系统中的占比持续提升，但其波动性和不确定性对电网稳定运行提出了新挑战。本文针对新能源接入与优化控制问题，分析了新能源并网对电力系统的影响，提出了基于协调控制策略的解决方案，探讨了储能系统与智能预测技术的应用方向。通过优化控制策略设计，可实现新能源的高效消纳与系统动态平衡，提升电网运行的经济性和可靠性。研究结果表明，结合自动化技术与多能源协同管理，能够有效缓解新能源并网带来的技术瓶颈，为新型电力系统建设提供理论参考。

关键词：新能源接入；优化控制；电力系统自动化；协调控制策略

传统电力系统以化石能源为主导，其运行模式难以适应新能源大规模接入的需求。风电、光伏等可再生能源具有间歇性和随机性特点，直接并网易引发电网频率波动、电压失稳等问题，严重时可能导致系统解列或停电事故。为此，如何在电力系统自动化框架下实现新能源的高效接入与动态优化控制，成为当前研究的核心课题。

一、新能源接入对电力系统的影响与挑战

新能源的大规模接入对电力系统的安全稳定运行提出了多维度的挑战。具体包含以下几点：

第一，风电、光伏等可再生能源的出力特性与天气条件强相关，其短时波动与长期不确定性显著加剧了电网调频调峰的难度。例如，光伏发电在午间出力高峰与负荷需求低谷时段的不匹配，可能导致大量弃光现象，而夜间出力骤降又需火电机组快速补足功率缺口。然而，传统火电机组的调节速率普遍滞后于新能源的分钟级甚至秒级波动，迫使系统预留更多备用容量以应对功率偏差，这不仅推高了运行成本，还可能因频繁启停机造成设备损耗。

第二，新能源并网对电网稳定性构成直接威胁。逆变器作为新能源并网的核心设备，其低惯量、弱阻尼特性在弱电网环境中容易引发电压越限和谐振现象，特别是在偏远地区电网结构薄弱的场景下，谐波污染与暂态过电压问题尤为突出，严重时可能导致保护装置误动作或关键设备损坏。

第三，新能源渗透率的提升还暴露了电力系统规划与经济性之间的矛盾。为消纳波动性电源，往往需要配套建设大规模储能设施或升级输电线路，但储能技术成本居高不下，输电走廊选址又受限于土地资源与环保要求，如何在有限的资金与空间约束下实现源、网、荷、储的协同规划，成为制约新能源规模化发展的现实瓶颈。

二、新能源优化控制的核心策略

（一）多源协调控制策略

为了应对新能源波动性带来的挑战，可通过整合风电、光伏与储能系统的互补特性，有效平抑短时功率波动。例如，在光照充足时，储能系统可存储过剩的光伏电能，而在阴雨或风速骤降时段释放电能，填补出力缺口。与此同时，火电、水电等传统电源可作为调节基荷的“稳定器”，利用其快速调峰能力应对新能源的长期出力偏差。这种分层递阶的控制架构中，不同能源根据响应速度与调节能力分工协作：储能负责秒级至分钟级的快速响应，传统机组则承担小时级以上的负荷跟踪任务。最后还可建立跨区域能源协调机制，可将地理分布分散的新能源场站纳入统一调度，利用风光的时空互补性减少整体波动幅度，从而在提升消纳能力的同时降低对单一调节资源的依赖。

（二）智能预测与动态调度技术

提升新能源出力预测精度是优化控制的基础。依托气象卫星、数值天气预报与机器学习技术，可构建高分辨率的风光资源预测模型。例如，通过分析历史气象数据与机组实际出力曲线，训练深度学习网络预测未来24小时的新能源发电趋势，并将结果融入电力调度系统。基于此，电网可制定更精准的日前发电计划，预留合理的备用容量。在实时运行阶段，采用滚动优化与自适应控制算法，根据实际出力与负荷偏差动态调整机组组合。当光伏出力因云层遮挡突然下降时，系统可自动启动储能放电或调节可中断负荷，避免频率大幅波动。这种“预测-调度-校正”的闭环控制模式，能显著降低不确定性对电网的影响，同时减少传统机组的频繁调节损耗。

（三）虚拟同步机与柔性并网技术

新能源并网设备缺乏传统同步发电机的惯量支撑，易导致系统抗扰动能力下降。虚拟同步机技术通过控制算法使逆变器模拟同步机的转动惯量与阻尼特性，可在电网频率突变时提供瞬时功率支撑。当负荷突增引发频率下跌时，配置虚拟同步机的光伏电站可短暂增加输出功率，延缓频率变化速度，为其他调频资源争取响应时间。另一方面，针对新能源远距离输送的稳定性问题，柔性直流输电技术展现出独特优势。其通过电压源换流器实现有功、无功功率的独立控制，不仅能够抑制交流电网的电压波动，还可将海上风电等分散资源直接接入负荷中心，减少输电损耗。例如，在近海风电集群并网工程中，柔性直流系统可有效解决交流电缆充电功率过大导致的电压抬升问题，确保电能高效可靠传输。这些技术的综合应用，为高比例新能源电网提供了从局部控制到全局稳定的多层次解决方案。

三、系统集成与未来发展方向

（一）多能互补系统构建

新能源的高效利用离不开多能源协同运行体系的支撑。通过整合风电、光伏、水电、火电及储能等不同能源形式，构建风光水火储一体化项目，可显著提升能源利用效率与系统稳定性。例如，在西北地区光照资源丰富的时段，光伏发电可满足日间负荷需求，而夜间或阴雨天气时，配套的水电站或储能系统可快速补足电力缺口，避免依赖单一能源导致的供需失衡。这种互补模式不仅缓解了新能源的间歇性问题，还能减少对传统火电调峰的依赖，从而降低碳排放。此外，在沿海地区，海上风电与潮汐能、储能的结合，可实现全天候供电，同时利用海水淡化等负荷调节手段，进一步提升能源就地消纳能力。优化多能互补系统的容量配比与运行策略，能实现资源利用最大化，为区域能源结构转型提供可复制的实践路径。

（二）数字化平台建设

数字化转型是新能源规模化发展的必然趋势。利用物联网技术，可在新能源场站部署高精度传感器，实时采集设备运行数据并上传至云端，形成覆盖“源-网-荷-储”的全域状态感知网络。对此，云计算平台可对海量数据进行智能分析，动态评估电网运行风险并生成优化调度指令。例如，通过数字孪生技术构建电网虚拟镜像，可模拟台风、极端高温等场景下新能源设备的运行状态，提前制定切机、切负荷等应急预案。在实际应用中，此类平台还能实现新能源场站与主网的协同控制——当某区域光伏出力突增导致线路过载时，系统可自动调整相邻储能单元的充放电策略或引导负荷转移，避免设备过载。这种“感知-分析-决策-执行”的闭环管理，为电网安全运行提供了智能化保障。

（三）标准化与政策协同

新能源的大规模接入需要统一的技术标准与灵活的市场机制共同推动。在技术层面，需规范新能源并网设备的电压、频率适应性等关键参数，明确储能系统与逆变器的控制接口协议，以保证不同厂商设备的兼容性。如制定虚拟同步机的惯量响应标准，可使分布式电源具备与传统机组类似的调频能力。在政策层面，电力市场改革需突破现有机制束缚，通过分时电价、容量补偿等手段激励用户侧参与需求响应。例如，在午间光伏出力高峰时段降低电价，引导电动汽车充电、工业柔性负荷转移至该时段，既能消纳过剩新能源，又可减少用户用电成本。此外，建立跨省区的绿电交易市场，可打破地域壁垒，促进新能源在更大范围内的优化配置。通过技术标准与市场机制的协同创新，最终形成多方主体主动参与、资源高效利用的新型电力生态。

结语

本文从技术挑战、控制策略与系统集成三方面提出解决方案，强调通过多源协调、智能预测与柔性控制提升电网适应性。未来需进一步深化电力电子技术与自动化算法的融合创新，推动新能源从“并网”向“组网”转变，为实现“双碳”目标提供可靠技术路径。

参考文献

[1]孔祥浈. 电气自动化技术在电力系统中的应用研究[J]. 科学与信息化，2024（23）：31-33.

[2]吴金燕. 电力系统自动化技术在能源转型中的应用[J]. 工程施工新技术，2024，3（12）.

[3]杨炜. 电气自动化工程中的智能技术应用[J]. 集成电路应用，2024，41（8）：230-231.