新能源并网技术发展现状及展望

引言

随着全球对环境保护和可持续发展的关注度不断提高，新能源作为传统化石能源的替代方案，得到了广泛的开发和利用。太阳能、风能、水能等新能源具有清洁、低碳、可再生等显著优势，对于缓解能源危机、减少环境污染具有重要意义。然而，新能源的大规模并网给电力系统带来了一系列挑战，如功率波动、稳定性下降等。因此，发展高效、可靠的新能源并网技术成为实现新能源可持续发展的关键。本文将对新能源并网技术的发展现状进行详细分析，并对未来发展趋势进行展望。

1 新能源并网特性

1.1 资源特性

新能源资源，如风能、太阳能等，具有随机性与波动性。风力的大小和方向、太阳辐照强度等受自然条件影响，时刻处于变化之中，且无法像传统能源那样进行大规模存储和运输，能量密度相对较低。这使得新能源发电出力不确定度大，难以准确预测与调度。以风电和光伏为例，其日内功率波动明显，不同时间尺度下的预测不确定性较大，给电力系统的功率平衡和稳定运行带来困难。例如在某些地区，白天阳光充足时光伏发电量大，但遇到阴天或夜晚则发电量骤减；风电也会因风力的不稳定而出现发电功率的大幅波动。

1.2 设备特性

新能源发电设备普遍具有低抗扰与弱支撑性。其抗扰性低，耐压、过流能力弱，在受到电网故障、电压波动等扰动时，容易脱网，主动支撑能力较弱。同时，新能源发电单元数量多、类型繁杂，不同类型、型号的新能源设备在故障穿越特性、宽频带动态特性等方面存在巨大差异。在一个大型风电场中，可能存在多种不同厂家、不同型号的风机，它们在面对电网异常时的响应和运行特性各不相同，这增加了整个新能源发电系统的复杂性和管理难度。

1.3 带来的挑战

1.3.1 高效消纳

新能源发电的随机性强、预测偏差较大，集中式与分布式新能源的大规模接入并逐渐替代常规电源装机，导致系统调节能力不足，功率平衡难度增大。我国“三北”地区拥有丰富的风能和太阳能资源，建设了大规模的新能源基地，主要通过特高压直流外送的方式进行消纳，但由于当地灵活调节资源不足等因素，高效消纳面临很大挑战。新能源发电的不确定性使得电网难以准确安排发电计划，可能出现电力过剩或供应不足的情况。

1.3.2 稳定运行

自 2009 年起，国内外频繁发生新能源宽频振荡事故，导致新能源脱网、设备损坏等严重后果。美国得州风电经串补送出系统多次发生 20Hz 振荡，我国新疆哈密风电基地也曾频繁发生次 / 超同步振荡问题，因振荡切除风电 100余次。这些事故严重影响了电力系统的安全稳定运行，凸显了新能源并网在稳定控制方面的重要性和紧迫性。新能源宽频振荡的发生机制复杂，涉及新能源设备的控制策略、电网的拓扑结构和参数等多个因素，给振荡的分析和抑制带来困难。

2 新能源并网技术发展现状

2.1 高效消纳技术

2.1.1 新能源功率预测技术

新能源功率预测包含气象预报、预测模型、结果处理三个环节。气象输入数据通过数值天气预报获得，对功率预测精度影响较大；预测模型以误差最小化为目标，建立气象要素与功率之间的非线性映射模型；结果处理主要完成预测结果优化、偏差区间评估等。中国电科院已建成电力数值天气预测中心，基于实时四维资料同化、快速循环更新、集合预测、模式统计后处理等技术实现了电力数值天气预测业务化，每天生产覆盖全国、空间分辨率 3km×3km 的未来10 天网格化数值天气预测。

2.1.2 优化调度技术

采用随机优化调度，通过考虑新能源预测不确定性，实现不同时间尺度的互补协调调度，最大化新能源消纳。依托 D5000 平台研发的新能源年 / 月 / 日前/ 日内随机优化调度系统在青海、新疆等多个省级和区域电网开展示范应用，并推广至西北、东北、甘肃等 8 个省级和区域电网；基于新一代调控平台的新能源调度应用实现了对新能源实时调度、生产运行管理等全过程多环节的服务支撑，在西北、青海等省份部署应用。

2.1.3 生产模拟技术

基于时序生产模拟，以全年电力电量平衡为基础，准确刻画电力系统的运行方式，科学评估新能源消纳能力。通过模拟不同工况下电力系统的运行状态，为新能源并网规划和调度提供决策依据，帮助电力系统更好地适应新能源的接

入。

2.2 稳定控制技术

2.2.1 主动支撑技术

新能源正从“无支撑、低抗扰”向“电网友好”转型，未来应具备暂态主动支撑功能。构网型控制技术通过自同步控制算法实现并网运行，增强系统频率和电压支撑能力，使新能源发电单元能够更好地参与电网的稳定调节。同步电机接口型新能源发电技术也在不断发展，为提高新能源的主动支撑能力提供了新的途径。

2.2.2 宽频振荡分析技术

建立了全电磁暂态建模 - 频域阻抗 + 时域仿真分析的大规模新能源及电力电子装备并网宽频带振荡分析与抑制技术。提出基于控制硬件在环仿真新能源及电力电子装备阻抗扫描方法，用于准确分析新能源及电力电子装备的阻抗特性，为宽频振荡的分析和抑制提供技术支持。

3 新能源并网技术展望

3.1 功率预测

未来需要进一步提高新能源预测精度，延长预见期，丰富预测结果形式。深入探索新能源预测误差传递特性，加强对重大转折天气（如台风、暴雨、寒潮等）对新能源影响的研究，结合更先进的气象监测技术和数据分析方法，提高预测的准确性和可靠性。发展多源信息融合的预测技术，将卫星遥感、无人机监测等数据与传统气象数据相结合，提高对新能源发电的预测能力。

3.2 新能源消纳

加强新能源与各类灵活调节资源（如抽水蓄能、电化学储能、需求响应等）的协同规划和优化运行技术研究。建立新能源与灵活调节资源的联合调度模型，实现它们之间的优势互补，提高新能源的消纳能力。例如，在新能源发电过剩时，利用储能设备储存电能；在新能源发电不足时，释放储能电能或调用其他灵活调节资源，保障电力系统的功率平衡。

3.3 跨学科协同

强化多学科、跨行业的产学研合作，推动新能源并网技术的发展。新能源并网技术涉及电力、电子、控制、气象、材料等多个学科领域，需要各学科之间紧密合作。产学研各方应加强交流与合作，共同攻克新能源并网技术中的关键难题，加速技术创新和成果转化。例如，高校和科研机构开展基础研究，企业将研究成果应用于实际工程，政府提供政策支持和引导，形成协同创新的良好局面。

结束语

新能源并网技术在全球能源转型的背景下，取得了显著的发展成果，但也面临着诸多挑战。新能源的资源特性和设备特性给电力系统的高效消纳和稳定运行带来困难，尽管目前在功率预测、优化调度、稳定控制等技术方面取得一定进展，但仍需不断创新和完善。未来，新能源并网技术将朝着提高预测精度、强化稳定控制、促进多能互补、加强跨学科协同等方向发展。通过技术创新和多学科协作，有望解决当前面临的挑战，实现新能源的可持续发展，为全球能源结构的优化和绿色低碳转型做出重要贡献。

参考文献：

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