论文部分内容阅读
摘 要：现阶段，随着社会的进步和时代的发展，我国电力系统得到了迅速发展。可再生能源、分布式发电和需求响应等成为系统电源的重要组成部分，不同类型新能源的接入带来的不同形式的不确定性问题需要采用更加灵活和智能的系统调度技术来解决。随着可再生能源接入电网数量的不断增加，电力系统迫切需要新的调度系统以更好地应对系统的不确定性问题。
关键词：智能电网;新能源发电;应用
引言
当前阶段，化石能源过度消费导致常规能源短缺和环境问题突出，世界上大部分国家都将风能、太阳能等新能源开发利用作为应对能源安全和气候变化双重挑战的重要手段。“十三五”时期是落实习近平总书记提出的“四个革命、一个合作”能源发展战略的关键时期，新能源的开发和利用刻不容缓。但是，新能源的推广和应用必然会对电网带来一定的影响，因为风能、太阳能等的绿色能源通常具有一定的随机性和间歇性，这使得电网运行控制的难度出现了大幅度的提高，同时也影响到电网运行的安全稳定。在这样的情况下，必须构建智能电网，为新能源产业发展奠定坚实的基础。
1新能源接入传统电网带来的问题
1.1影响电能质量
目前新能源发电领域中发展最好的是光伏发电与风力发电。因为天气等自然因素的影响，光伏发电与风力发电具有波动性与间歇性，且其均需配置整流—逆变设备以及其他相应的电力电子设备，这种方式将使其产生谐波电流以及直流分量。当谐波电流直接进入电力系统时，电网电压将会出现畸变反应，电能质量降低，从而导致测量仪表功能丧失，负荷增加，使整个电力系统的继电保护装置、自动装置失灵，对电力系统的安全稳定运行造成影响，影响稳态电压的分布以及无功特征，加大了电网系统的不可控性。频繁被启动的新能源发电单元会加大配电线路的负荷，使电压难以被调整。因为发电设备内有非常多的电力电子部件，所以调解与控制电压的方式也和传统电网有显著差别。尽管多数新能源发电装置上安装了逆功率继电器等相应装置，然而一般情况下，并不会通过该装置向电网注入功率。如果配电系统发生故障，短路过程中将导致电流直接进入电网，造成配电网的开关电流加大，有可能使其开关短路，危害整个电网的正常运行。
1.2对电网系统的实时监控的影响
现行的配电网是一个无源的放射形电网，信息采集、开关的操作、能源的调度等相应比较简单，其实施监测、控制和高度是由供电部门统一来执行的。新能源的接入使此过程复杂化，特别需要对新能源接入后可能出现的“孤岛”现象进行监测预防。当新能源的本电网与主配电网分离后，仍继续向所在的独立配电网输电，就会形成“孤岛”现象。所谓孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。孤岛中的电压和频率不受电网控制，如果电压和频率超出允许的范围，会对用户设备造成损坏;如果负载容量大于孤岛中逆变器容量，会使逆变器过载，可能会烧毁逆变器。同时，会对检修人员造成危险;如果对孤岛进行重合闸操作，会导致该线路再次跳闸，而且负荷可能出现供需不平衡，将严重损害电能质量，从而降低配电网的供电可靠性。
2智能电网在新能源发电中的应用
2.1电力电子技术
（1）高压直流输电技术。该技术通常应用在电网的远距离输电过程中，体现出较为明显的优势特点。在这个过程中，轻型直流输电系统中安装了门控晶闸管、绝缘栅双极型晶体管以及其他器件，这些器件能够关断，在换流器中装配这些器件可以使中型直流输电工程在中短电力输送中具备较高的竞争力。此外，运用可关断器件装配的换流器适用于孤立小供电系统，如海岛、海上工作平台等。可关断器件装配的换流器将促进城市配电系统的正常运行，使燃料电池、光伏发电以及其他的分布式电源实现更好地接入电网。在轻型直流输电系统的作用下，清洁能源的网上稳定性也能够得到改善。（2）柔性交流输电技术。在清洁能源被广泛接入电网系统的过程中，柔性交流输电技术为最具关键性的技术。现代控制技术与电力电子技术的融合程度不断加深，电力系统内的各项参数都能够被灵活与及时控制，如电压、电抗与相位差等。这种情况下，输送功率能够被科学分配，输电损耗能够充分降低，输电线路的输送能力得以提升，整个电力系统更加稳定。此外，忽略了自身的设计更具有灵活性与柔性，在分布式电源及储能系统接入时，电网设计不仅要符合即插即用的要求，还要确保给其他设施带来的冲击最小化。（3）高压变频技术。高压变频技术指的是应用于高压大容量电能变换及控制领域的电力电子技术。能够直接控制电力系统的频率与幅值，充分减少各种损耗。在高压变频技术的应用下，多种高压变频产品出现，如新型多电平电压型高压变频产品。复合器件以其突出的性能优势得到迅速发展，如IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、IGCT（集成门极换流晶闸管）等，加之相关PWM（脉冲宽度调制）控制算法的有效发展，多电平结构的应用性得到加强。（4）同步开断（智能开关）技术。电压与电流在指定相位实现电流的断开与闭合被称为同步开断。现阶段，机械开关在高压开关中最为常见，其较为分散，开断的时间长，无法确保定相开断的准确性。要想实现同步开断，从本质讲是将机械开关用电子开关替代。理论上同步开断技术的应用能够消除电力系统的操作过电压，能够有效降低受操作过电压影响的电力设备绝缘水平，使设备损耗变小。
2.2大容量储能技术
大容量储能技术对智能电网意义重大，在最新的理论探讨中，其作为解决新能源并网及整合分布式能源方面具有独特的优势。一是能够及时应对电力需求的变化;二是能够弥补可再生能源发电的不确定性所带来的不足;三是满足插充式电动汽车的用电需求;四是推迟输电线路的建设投资，特别是在发生输电线路停电故障后可以满足用电需求;五是能够为电力调度、电力交易提供辅助服务。储能技术种类多且可以适应不同的环境，目前很多‘智能蓄能’技术都在发展之中，巨型电池、飞轮蓄能都是随时能够投入发电也随时都能进行蓄能，有利于电网的运行，受到电网企业的支持。还有以ABB公司轻型静止无功补偿系统为代表的将电池技术和新型电力半导体技术相结合，作为灵活交流输电系统技术的一部分，可以有效提高输电系统输送能力和安全性、灵活性。
结束语
综上所述，我国将全面推进风电和太阳能发电的开发和利用，实现可再生能源结构性占比再提升。但是，要推动新能源发电，必须构建智能电网，最大程度的消除间歇性出力产生的不良影响，保障电力系统的安全稳定运行，为广大电力用户提供更加人性化的供电服务。
参考文献：
[1]高厚磊，田佳，杜强等.能源开发新技术：分布式发电[J].山东大学学报：工学版，2018，39（5）：106-111.
[2]余寅，唐宏德，郭家宝.风光储一体化发电应用展望[J].华东电力，2018，38（12）：1891-1893.
[3]陈树勇，宋书芳，李兰欣等.智能电网技术综述[J].电网技术，2017，33（08）：127.
[4]（美）凱伊哈尼著.刘长浥译.智能电网可再生能源系统设计[M].北京：机械工业出版社，2017.
[5]张征，王晓蓉.新能源接入综合系统研究与实现[J].供用电，2018，28（1）：15-18，24.
关键词：智能电网;新能源发电;应用
引言
当前阶段，化石能源过度消费导致常规能源短缺和环境问题突出，世界上大部分国家都将风能、太阳能等新能源开发利用作为应对能源安全和气候变化双重挑战的重要手段。“十三五”时期是落实习近平总书记提出的“四个革命、一个合作”能源发展战略的关键时期，新能源的开发和利用刻不容缓。但是，新能源的推广和应用必然会对电网带来一定的影响，因为风能、太阳能等的绿色能源通常具有一定的随机性和间歇性，这使得电网运行控制的难度出现了大幅度的提高，同时也影响到电网运行的安全稳定。在这样的情况下，必须构建智能电网，为新能源产业发展奠定坚实的基础。
1新能源接入传统电网带来的问题
1.1影响电能质量
目前新能源发电领域中发展最好的是光伏发电与风力发电。因为天气等自然因素的影响，光伏发电与风力发电具有波动性与间歇性，且其均需配置整流—逆变设备以及其他相应的电力电子设备，这种方式将使其产生谐波电流以及直流分量。当谐波电流直接进入电力系统时，电网电压将会出现畸变反应，电能质量降低，从而导致测量仪表功能丧失，负荷增加，使整个电力系统的继电保护装置、自动装置失灵，对电力系统的安全稳定运行造成影响，影响稳态电压的分布以及无功特征，加大了电网系统的不可控性。频繁被启动的新能源发电单元会加大配电线路的负荷，使电压难以被调整。因为发电设备内有非常多的电力电子部件，所以调解与控制电压的方式也和传统电网有显著差别。尽管多数新能源发电装置上安装了逆功率继电器等相应装置，然而一般情况下，并不会通过该装置向电网注入功率。如果配电系统发生故障，短路过程中将导致电流直接进入电网，造成配电网的开关电流加大，有可能使其开关短路，危害整个电网的正常运行。
1.2对电网系统的实时监控的影响
现行的配电网是一个无源的放射形电网，信息采集、开关的操作、能源的调度等相应比较简单，其实施监测、控制和高度是由供电部门统一来执行的。新能源的接入使此过程复杂化，特别需要对新能源接入后可能出现的“孤岛”现象进行监测预防。当新能源的本电网与主配电网分离后，仍继续向所在的独立配电网输电，就会形成“孤岛”现象。所谓孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。孤岛中的电压和频率不受电网控制，如果电压和频率超出允许的范围，会对用户设备造成损坏;如果负载容量大于孤岛中逆变器容量，会使逆变器过载，可能会烧毁逆变器。同时，会对检修人员造成危险;如果对孤岛进行重合闸操作，会导致该线路再次跳闸，而且负荷可能出现供需不平衡，将严重损害电能质量，从而降低配电网的供电可靠性。
2智能电网在新能源发电中的应用
2.1电力电子技术
（1）高压直流输电技术。该技术通常应用在电网的远距离输电过程中，体现出较为明显的优势特点。在这个过程中，轻型直流输电系统中安装了门控晶闸管、绝缘栅双极型晶体管以及其他器件，这些器件能够关断，在换流器中装配这些器件可以使中型直流输电工程在中短电力输送中具备较高的竞争力。此外，运用可关断器件装配的换流器适用于孤立小供电系统，如海岛、海上工作平台等。可关断器件装配的换流器将促进城市配电系统的正常运行，使燃料电池、光伏发电以及其他的分布式电源实现更好地接入电网。在轻型直流输电系统的作用下，清洁能源的网上稳定性也能够得到改善。（2）柔性交流输电技术。在清洁能源被广泛接入电网系统的过程中，柔性交流输电技术为最具关键性的技术。现代控制技术与电力电子技术的融合程度不断加深，电力系统内的各项参数都能够被灵活与及时控制，如电压、电抗与相位差等。这种情况下，输送功率能够被科学分配，输电损耗能够充分降低，输电线路的输送能力得以提升，整个电力系统更加稳定。此外，忽略了自身的设计更具有灵活性与柔性，在分布式电源及储能系统接入时，电网设计不仅要符合即插即用的要求，还要确保给其他设施带来的冲击最小化。（3）高压变频技术。高压变频技术指的是应用于高压大容量电能变换及控制领域的电力电子技术。能够直接控制电力系统的频率与幅值，充分减少各种损耗。在高压变频技术的应用下，多种高压变频产品出现，如新型多电平电压型高压变频产品。复合器件以其突出的性能优势得到迅速发展，如IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、IGCT（集成门极换流晶闸管）等，加之相关PWM（脉冲宽度调制）控制算法的有效发展，多电平结构的应用性得到加强。（4）同步开断（智能开关）技术。电压与电流在指定相位实现电流的断开与闭合被称为同步开断。现阶段，机械开关在高压开关中最为常见，其较为分散，开断的时间长，无法确保定相开断的准确性。要想实现同步开断，从本质讲是将机械开关用电子开关替代。理论上同步开断技术的应用能够消除电力系统的操作过电压，能够有效降低受操作过电压影响的电力设备绝缘水平，使设备损耗变小。
2.2大容量储能技术
大容量储能技术对智能电网意义重大，在最新的理论探讨中，其作为解决新能源并网及整合分布式能源方面具有独特的优势。一是能够及时应对电力需求的变化;二是能够弥补可再生能源发电的不确定性所带来的不足;三是满足插充式电动汽车的用电需求;四是推迟输电线路的建设投资，特别是在发生输电线路停电故障后可以满足用电需求;五是能够为电力调度、电力交易提供辅助服务。储能技术种类多且可以适应不同的环境，目前很多‘智能蓄能’技术都在发展之中，巨型电池、飞轮蓄能都是随时能够投入发电也随时都能进行蓄能，有利于电网的运行，受到电网企业的支持。还有以ABB公司轻型静止无功补偿系统为代表的将电池技术和新型电力半导体技术相结合，作为灵活交流输电系统技术的一部分，可以有效提高输电系统输送能力和安全性、灵活性。
结束语
综上所述，我国将全面推进风电和太阳能发电的开发和利用，实现可再生能源结构性占比再提升。但是，要推动新能源发电，必须构建智能电网，最大程度的消除间歇性出力产生的不良影响，保障电力系统的安全稳定运行，为广大电力用户提供更加人性化的供电服务。
参考文献：
[1]高厚磊，田佳，杜强等.能源开发新技术：分布式发电[J].山东大学学报：工学版，2018，39（5）：106-111.
[2]余寅，唐宏德，郭家宝.风光储一体化发电应用展望[J].华东电力，2018，38（12）：1891-1893.
[3]陈树勇，宋书芳，李兰欣等.智能电网技术综述[J].电网技术，2017，33（08）：127.
[4]（美）凱伊哈尼著.刘长浥译.智能电网可再生能源系统设计[M].北京：机械工业出版社，2017.
[5]张征，王晓蓉.新能源接入综合系统研究与实现[J].供用电，2018，28（1）：15-18，24.