【专家解析】规模化新能源开发利用对电力系统安全的影响-北极星输配电网

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规模化开发利用新能源必然催生新能源电力系统

我国作为世界人口大国和能源消费大国，经济增长压力和节能减排压力巨大。对我国而言，大规模开发利用新能源一方面是应对能源环境危机、转变经济发展方式的有效手段;另一方面是抢占未来产业发展制高点、提高国际竞争力的重大举措。根据国家能源局的统计，截至 2015 年年底，我国并网风电累计装机达到 1.29 亿千瓦，同比增长 34.2%，占全部发电装机容量的 8.6%;太阳能光伏发电累计并网容量达到 4158 万千瓦，同比增长 67.3%，约占全球的 1/5，超过德国成为世界光伏第一大国。预计到 2030 年，我国风力发电装机与太阳能发电装机规模化新能源开发利用对电力系统安全的影响文 / 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室主任刘吉臻均将超过 4 亿千瓦。

随着风电、太阳能发电等新能源电力的开发利用，接入电网的新能源电力比重日益提高。众所周知，电力的基本特征是难以大规模储存，电力的生产与消费必须同步进行。电力系统通过统一的调度指挥，使电力的生产跟随负荷需求的变化，保证电能的实时供需平衡。当发电侧的可调度容量难以达到负荷侧需求以及发生可能影响电网安全稳定的情况时，电力调度中心将采取切除用户负荷等措施，保证电网安全稳定运行。

对于传统的火电、水电、核电、油 / 气发电而言，发电单元一般具有良好的可调度性能。发电机组在一定的容量范围内可以按照电网调度指令变更发电功率。因此，在发电装机容量可满足用户最大负荷的前提下，整个电力系统是可调可控的。

风电、太阳能发电区别于传统发电的一个重要特征在于它的随机波动性。由于产生电力的一次能源来自于自然界空气的流动与太阳光的辐射，不仅不可储存，而且受到季节、气候和时空等的影响，具有很强的随机波动性和间歇性，因此，对于具有一定装机容量的新能源发电单元来说，其实际出力首先取决于现时刻的风力、太阳光强度的约束。当风电、太阳能发电规模化接入电网后，电力系统就必须在随机波动的发电侧与随机波动的负荷侧之间实现电力的供需平衡，保持电网的安全稳定。

新能源电力的另外一个重要特征在于它的能量密度低。例如：当风速为 3 米 / 秒时，其能量密度为 20 瓦 / 平方米左右，而太阳能即使是在天气晴朗的正午，太阳垂直投射到地球表面的能量密度仅为 1000 瓦 / 平方米左右，这样使得新能源发电设备的单机容量不可能过大。大量的小容量发电机组接入电网，使电力系统受控发电单元呈爆炸性增长趋势。截至 2015 年年底，我国火电机组累计装机 99021 万千瓦，单机 6 兆瓦及以上的火电机组总数约为 8300 台;同期，风电机组的装机总量达到 1.29 亿千瓦，装机数量却达到了 92981 台，是火电机组数量的 11 倍还多。按照我国风电装机 2030 年将超过 4 亿千瓦的规划，以目前风电的平均单机装机容量来计算，到时需要并入电网的风电机组数量将超过 28 万台!

因此，随着新能源电力的规模化开发和电网中新能源电力比重的增加，传统电力系统的基本特征与运行控制方式发生根本性变革，催生出新能源电力系统。

新能源电力系统的基本特征

新能源电力系统的基本特征主要体现在以下几个方面：

一、随机性

传统电力系统的随机性主要在于用电负荷的随机性。风电、太阳能发电的随机波动性、间歇性使电力系统必须同时应对来自用电负荷侧与发电侧的随机波动性。迄今为止，新能源电力在整个电网中所占比例相对较小，电力系统调度控制把这部分电源的随机波动性视为负荷侧的随机波动性，依赖传统发电单元的可控可调性加以平抑。

随着我国局部区域电网中新能源电力比例的提高，为了保证电网的安全稳定，造成了电网不能全额接纳具有随机波动性的新能源电力。在特定条件下，部分新能源电力不得不被舍弃。随着风电装机的快速增加，弃风比例可能还将进一步提高。

二、可控性

从大系统理论出发，电力系统是一个受控设备众多、地域分布广阔、运行控制精度要求高、内外部未知扰动多的复杂巨系统。传统电力系统通过发电单元控制、电网分级调度控制等技术解决了复杂电力系统的运行控制问题。新能源电力的快速发展使电力系统中发电单元数量急剧增长，系统中可调度容量与可调度电量所占比例大幅度降低，系统中的随机扰动性进一步增强，造成系统可控性降低，控制难度加大。

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原标题：规模化新能源开发利用对电力系统安全的影响

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