电力工程中的可再生能源并网技术研究

引言

在全球能源短缺和环境问题日益突出的背景下，可再生能源的开发与利用成为必然趋势。而可再生能源并网是实现其规模化应用的关键环节。当前可再生能源并网在技术、管理等方面仍存在诸多挑战，深入研究相关技术具有重要的现实意义。

一、可再生能源并网技术现状和关键技术

1.1 主要可再生能源类型及并网特点

可再生能源的并网特性与其能源本质密切相关。太阳能发电依赖光照强度与时长，白天光照充足时发电效率高，夜间则停止输出，这种昼夜周期性波动对电网调峰能力提出要求；其并网需应对云层遮挡导致的短时功率骤变，易引发电压波动。风能发电受风速影响显著，且风速的随机变化会导致功率输出呈现间歇性，大规模风电并网可能影响电网频率稳定性。

1.2 能量转换技术

可再生能源并网是其转换的核心过程，即根据可再生能源种类或其相应的能量形式，将其转换为满足电网需求的交流电形式。例如光伏发电系统的能源形式转换主要是通过逆变器将直流电源转换成交流电，逆变器则应具有低电压穿越能力和对光照变化的高电压输入变化，采用最大功率点追踪技术优化转换效率和减小谐波输出；风力发电系统的能源转换形式也根据风力发电机类型不同有不同的转换形式，例如异步风力发电机通过转速调节器与变流器的配合以实现不同风力下的发电量，并由整流器和逆变器实现风电机组的电能转换，通过转子转速与励磁电流的变化实现对风力发电机的控制，保证转子电压的稳定，同样必须采用低电压穿越技术。

1.3 并网控制技术

可再生能源与电网协调控制技术是确保可再生能源并网安全稳定运行的关键。可再生能源的有功功率控制是依据实时获取的电网负荷信息和可再生能源发电出力信息，对可再生能源发电功率进行控制，以防止有功功率过多或者过少引起系统频率的过大波动，比如风电可以根据其控制可变桨距的水平，对所吸收风能大小进行控制，光伏可以根据其功率限定的手段控制电力输出大小。可再生能源无功功率及电压控制是依据电网中可再生能源并网点的电压情况进行调整的，可以通过可再生能源的逆变器，以保证可再生能源并网点电压波动维持在一定的区间范围内，对于分布式可再生能源并网点电压控制尤为重要。

1.4 储能配套技术

电池储能系统具有反应及时，灵活性强的特点，与光伏发电一般应用于瞬间功率调整，即充、放电时适当控制光伏等可再生资源的出力大小及电网负荷，比如光伏突然出力下降时快速将电量放电以抵消出力损失。抽水蓄能大容量长期能量储存，靠抽水蓄能技术在电网负荷低峰期间抽水进入高处贮池，在高水位时放水利用峰段的电力送电给电网及用电量较大的地区。飞轮及超电容储能一般应用于响应时间以毫秒为单位的储能在能量小范围波动上。两者在一些极端的情况中可调控瞬时波动功率，确保并网处功率输入稳定。对于储能系统的应用来说，必须将储能与可再生能源电站连接在一起进行共同的协同控制，根据光伏发电的出力预测和对系统负荷预测，在此基础上制定储能在不同时间段下的充放电计划。

二、可再生能源并网面临的问题

2.1 技术层面问题

首先，可再生能源的并网接入技术存在的问题是系统匹配问题。因为风电、太阳能发电的出力的随机性与波动性易导致电网的频率与电压出现瞬时变化，当电网中的波动性电源比重增加后，传统的电网无法进行较快的调频调峰，可能产生供电稳定性不足的现象。其次，可再生能源的电网并网接口中存在着谐波的污染问题，有些小型的逆变器或相对陈旧的转换器输出电流中含有谐波，长此以往，会加剧电网中的设备老化，甚至

影响精密的用电设备。

2.2 成本与经济性问题

成本压力贯穿可再生能源并网全链条。核心设备如高性能逆变器、储能电池的制造成本仍较高，且部分关键部件依赖进口，推高了初期投入。并网配套工程成本同样显著，分布式电源需改造配电网以适应双向潮流，集中式电站则需建设专用输电线路，这些附加投资延长了项目回报周期。运维成本的不确定性进一步影响经济性，新能源电站多分布在偏远地区，设备维护难度大，且储能电池等部件的寿命衰减需持续投入更换成本。可再生能源出力的不稳定性可能导致弃风弃光现象，降低设备利用率，间接影响项目收益，而当前电价机制对波动性电源的经济性支撑仍显不足。

2.3 政策与管理问题

政策与管理体系的不完善制约着并网效率。并网标准的统一性不足，不同地区对接入条件、技术要求的规定存在差异，增加了跨区域项目的协调难度。审批流程复杂且周期较长，分布式电源并网需经过多个部门备案与验收，手续繁琐影响项目落地速度。调度机制的适应性有待提升，传统电网调度以常规电源为核心，对可再生能源的消纳能力规划不足，部分地区存在调度优先级偏低的问题。可再生能源与传统电源的利益协调机制尚未健全，一定程度上抑制了投资积极性。

三、可再生能源并网技术优化策略

3.1 技术改进措施

针对系统兼容性问题，可研发智能化调度系统，通过人工智能算法预测可再生能源出力与电网负荷，提前调整常规电源出力以平衡波动。对并网接口设备进行升级，推广具备低谐波输出功能的新型逆变器，同时加装滤波装置降低谐波污染。针对分布式电源的分散性，构建微电网与主网协同控制体系，采用多能互补技术整合不同类型可再生能源，减少单一电源波动的影响。在远距离输电领域，应用柔性直流输电技术提升线路功率控制精度。

3.2 成本控制方法

核心设备成本方面，推动关键部件国产化替代，通过规模化生产降低逆变器、储能电池的制造成本；鼓励技术创新，研发长寿命、低成本的储能材料，减少后期更换投入。配套工程成本可通过优化并网规划实现，将分布式电源接入与配电网改造同步设计，避免重复施工；集中式电站选址时优先靠近现有输电线路，降低专用线路建设成本。

3.3 政策与管理完善建议

需统一全国并网技术标准，明确接入条件、检测规范等核心要求，消除区域差异带来的协调障碍。简化并网审批流程，建立一站式服务平台，将分布式电源并网备案、验收等环节整合，缩短项目落地周期。优化电网调度机制，建立可再生能源优先消纳制度，在规划阶段预留足够消纳空间；完善辅助服务市场，鼓励储能参与调峰获取收益。

结语

可再生能源并网是电力工程转型的关键方向，其发展需突破技术、成本与管理多重壁垒。通过智能化调度、柔性输电等技术改进，结合国产化降本、梯次利用等成本控制手段，再辅以统一标准、优先消纳等政策保障，可有效破解并网难题。未来需持续推动技术创新与机制协同，让可再生能源在电力系统中实现高效、稳定应用，为能源可持续发展提供核心支撑。

参考文献

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