新能源并网对电气工程电网稳定性的影响及优化策略

引言

面对全球性能源转型，新能源具有的绿色、可持续等特点，被认为是未来的主体能源，但由于新能源发电的间歇性、随机波动性等特点，使它们与传统电网之间配合时也带来了新的稳定挑战，为保障电网的安全有效运行及充分应用新能源，有必要进一步探究新能源接入对电气工程中电网稳定性的影响，寻找解决这一难题的有效方法。

一、新能源并网对电气工程电网稳定性的影响

1.1 对电压稳定性的影响

因为新能源发电的能源是不稳定的，那么将会引起网络连接点电压持续波动。例如，风力的变化将会引起风电机组的出力变化，由此引起网络连接点的电压持续波动。若是风速突然增大，则风电机的出力会相应增大，会出现网络连接点电压增加的情况；相反，若风速下降，则会出现网络连接点电压下降情况。而且很多新能源发电系统都采用电力电子转换器实现其与电网的连接，其转换过程中会生成非线性电流，非线性电流在电网中流动会引起电压失稳，进而影响到电压质量，并破坏其电压稳定性。再加上新能源发电设施一般都远在城市之外，这也就导致它们的供电系统薄弱，传输距离较长，而且传送导线的电阻、电抗较大，一旦新能源出力出现波动，很容易就引起超载，对电网的安全运行产生危害。

1.2 对频率稳定性的影响

传统的电力系统依靠大量的同步电机调速器来调节系统的频率特性。而风能和太阳能电池板等许多可再生能源通常不具有传统电机的惯性响应特征，新能源的大规模并网导致系统的等效惯量降低，系统的阻尼减弱，对于功率冲击的缓冲能力下降，因此在发生功率不平衡，如新能源发电削减或者负荷大量增加的时候，有可能使得频率变动加快，频率出现大幅度变动，威胁系统的稳定性。另一方面由于新能源发电的预测精准度限制，新能源实际产生的功率和预测值之间往往有很大的偏差，也会给电力系统频率调节制造困难，增加频率崩溃的风险。

二、新能源并网影响电网稳定性的原因分析

2.1 新能源发电特性

因为新能源的发电量会随着一天的时间以及不同天气而发生周期性的波动与变化，所以它们对电力系统造成的影响也是巨大的，诸如光伏电池发电量与太阳光照时间、强度密切相关，在有阳光的白天，发电量会大幅上升，但是在夜间、阴天不会发电，甚至在某些情况下如遇雨雪天气风力发电发电量会下降。风力发电的发量会随着所处气象条件的改变而出现大幅度波动，所以上述特点直接导致我们难以对其供电量进行准确估计与把控，进而造成电力系统运行风险提高。

2.2 电网结构与运行方式

现在网架规划主要以常规能源模式设计，难与大量新能源接入。新能源生产地点相对远离市区，其配电网、电压支撑力度相对较差，若新能源输出产生波动，进而引发越线、断电故障。此外，传统电网管理模式控制集中、单向输送，而新能源接入后，电网的流道将出现双向甚至多向，给电网管理造成较大的难度。

2.3 技术与设备水平

虽然现在新一次能源发电技术和设备已经取得了一定的进步，但仍有一些需要不断完善的地方，例如，新一代发电设备的有效性和可靠性都需要提高，同时应不断完善电力电子变换器的功能，这样才能降低噪声影响、提高电能质量。此外，应对电网的监控、管理以及防护技术进行完善，这样才可以满足新能源联网后对电网运行的特点要求。当前的电网检测体系可能并不能有效地、及时地搜集新能源发电设施和电网的运行状态数据信息，这样一来调度员就有可能因为掌握不到正确的信息而做出错误的判断；而且电网保护系统的反应方式可能也不适用于新能源联网后发生的意外，这样就会影响电网的运行安全。

三、提高新能源并网下电网稳定性的优化策略

3.1 加强电网规划与建设

首先是网架结构的配置，根据新能源发电的位置和出力特性合理网架结构，加强新能源基地与骨干网的联系，提高网架的输电能力和支撑电压。可以通过建设或改造输电线路、配网设备等方法改善网架网结的结构，减少输送损耗，提高网架的稳定性。其次是增强电力系统的灵活性，在设计建造电力系统时，要充分考虑风能及太阳能的接入条件，增强其对风电及光伏发电的接受能力。另一方面要加大对电力系统无功补偿设备的投入，增强电力系统在电压调整方面的能力，保证在风力及光伏发电产生波动时，电力系统还在稳定的范围内。

3.2 提升新能源发电技术与设备性能

首先改善能源供应，对新能源的能源供应新技术投资，提高供应质量与可靠性，如风力发电，我们可开发更大的、性能更好的风电机组，应用新的设计和控制技术进一步优化风的使用；太阳能，我们需要开发出高质量的光伏器件，并改进光伏器件的排列组合，进一步提高太阳能的转化率。同时我们可做好新能源设备的检查与维护，及时发现问题并得到解决，使设备保持运作。其次对电力电子装置优化升级，对于新能源发电系统中的电力电子变换器的结构、控制方式来进行改变，以实现降低噪声水平、提高供电质量的目的。可以采用多层级转换器、主动滤波器等新技术手段降低噪声水平，改善电压、电流波形。以及完善对于电力电子器件的散热系统及电磁兼容设计，以提升系统的可靠性及寿命，延长使用寿命。

3.3 完善电网调度与控制技术

首先提高预测准确性，加强关于风电与光伏发电功率预测方法的研究以及应用，提高预测准确率。可以探索采用多种预测方法，如物理模型预测方法、数学模型预测方法、人工智能方法等，综合考虑气象状况、地理位置条件、设备运行状态等多个因素，建立更为可靠的风电机组与光伏电站发电功率预测方法。建立风电与光伏发电量功率预测共享平台，及时交换预测数据信息，向调度机构提供更为详实的数据信息。其次利用高级智能调度和控制技术，采用先进的新能源发电装备和电力系统实时监控、优化调度和协同控制系统等先进技术。并充分利用大数据、云计算、机器学习等技术手段，对电网运行数据深度挖掘，为电网调控提供合理依据，提高了电网调控的精确性和智能化水平。

3.4 建立健全政策与市场机制

首先完善政策环境，政府要制定和完善新能源发展相关的政策与制度，指导新能源产业健康、有序地发展。例如适当调控新能源补贴政策，逐步减少给予新能源电的直接补贴，让市场督促新能源电企业降低成本，提升自身的市场竞争力。同时加强对新能源工程的项目设计以及项目验收管理，杜绝过度发展，确保新能源工程与电网的容量和消纳量匹配。其次完善电能市场结构，促进电能市场的改革，制定并完善电能市场的运行机制，使新型能源生产工具能在一个公平竞争的环境下工作，比如成立绿色电能证书交易体系，采取经济手段来促进新型能源的使用；进一步完善电能实时电价和附加服务价格体系，使得新型能源生产者通过加入市场获得相应的合理报酬，增加他们加入如削峰填谷等特殊服务中的意愿。

结束语

新事物的电力接入是能源行业发展的推进剂，对电网稳定运行具有影响。本文分析研究了新能源接入引发的各种效应，以及引发原因，并对具体改进措施进行了分析。预计在新兴技术的推动下，政府政策也会同步完善，使得新能源电力接入系统与电力的衔接会变得更加紧密，如果能够有效提升电力结构、技术水平、建设市场制度，就可以为新能源与电网同步发展，为我们提供一个绿色、洁净高效的能源环境打下基础。

参考文献:

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