国网山西:为电网接纳更多清洁能源提供规划技术支撑

核心提示 日前，由山西经研院牵头，华北电力大学、国网经研院等单位共同完成的“清洁能源多形态多层次接入的综改区电网高效规划关键技术及应用”项目通过中电联组织的成果鉴定。项目总体达到国际先进水平，为未来电网接纳多形态多层次的清洁能源提供了解决方案。

截至4月底，山西省发电装机容量达到8198.72万千瓦，风电、太阳能等清洁能源占总装机容量的21.88%。“从十二五末的不到10%，到现在已经翻了一倍，未来清洁能源的比例还将不断增大。”5月22日，国网山西经研院院长高士法告诉记者。

近年来，包括光伏发电、风电、生物质发电和水电在内的清洁能源迅猛发展，但业内人士表示，这些电源发电具有不确定性，受阳光、风力等自然环境和条件影响较大，“不确定性”的逐步增大为电网的安全稳定运行带来严峻的挑战。清洁能源电网规划关键技术及应用研究项目，已经通过成果鉴定，“这项关键技术的突破，为未来电网接纳多形态多层次清洁能源提供了‘锦囊’和钥匙，让电网规划更加科学合理，提升发供电整体效益和社会能源利用效益。”高士法说。

六年

攻关

合力破解难题

5月上旬，由山西经研院牵头，华北电力大学、国网经研院等单位共同完成的“清洁能源多形态多层次接入的综改区电网高效规划关键技术及应用”项目通过中电联组织的成果鉴定。鉴定委员会认为，项目总体达到国际先进水平，其中在计及分布式资源可信容量的输、配电网协调规划方法方面达到国际领先水平。

鉴定委员会主任委员、中国科学院院士周孝信认为，当前，在我国大力发展水电、风电、光电等清洁能源的过程中，遇到上网、消纳的难题，弃风、弃光甚至弃水严重，制约了清洁能源的进一步发展。该项目的研究，尤其是在山西转型综改示范区的背景下，更具有现实性和战略性。

据了解，“清洁能源多形态多层次接入的综改区电网高效规划关键技术及应用”研究自2013年启动，重点针对当前清洁能源大规模快速发展与电网资源配置能力不适应，集中式清洁能源的大范围配置需求和分布式电源的快速增长造成的系统安全控制复杂化、实时平衡难度加大，电能转换、传输、消费等环节受天气随机因素以及人为活动影响程度不断加深等一系列问题开展研究创新。

该项目包含多个子课题，研究成果涵盖输电网领域和配电网领域的清洁能源接入、规划与综合评价分析等多个研究方面，累计获得授权发明专利9项，软件著作权授权3项，发表和录用科技论文共计31篇。

山西经研院规划评审中心副主任李强表示，项目研究成果在提高电网的可靠性与电能质量，降低系统风险，提升电网企业的管理水平等方面作用显著。

项目成果在青海省大规模风电及光伏并网综合决策中的应用，使年损失电量减少3.8万兆瓦时;在陕西省“十三五”网架规划方案综合决策中的应用，使年损失电量减少3万兆瓦时。在山西省临汾、忻州等地应用的“基于分布式电源接入的山西配电网中压网架建设和优化”和“考虑可信容量的变电容量规划方法”对接入电网的集中式和分散式新能源进行接入点的优化和网源荷的协调规划，降低了分散式电源对配电网的安全稳定性影响，提高了新能源就地消纳的能力、裕度以及设备可靠性和利用水平，有效提升了电网的安全可靠性。

此外，通过“考虑微网并网的配电网优化规划系统”在长治、忻州、临汾、大同4个地区配电网的应用，保证了扶贫光伏并网后的电压合格率100%，实现了新能源接入后各电压等级电网电能质量的提升。

“更重要的是，这个项目为电网规划与运行人员提供了有效、灵活的智能化辅助工具平台，让诸多‘不确定性’遵循相应的‘扩展秩序’，电网规划会更科学。”项目攻关团队负责人王佳伟说。

技术

突破

同比整体提升

据参与研发的相关专家介绍，与国内外同类技术比较，该项目具有显著优点和多种优势。

目前，国内外对于清洁能源集群接入点选择和接入容量优化方法的研究，主要是研究优化接入的经济性，有时会降低优化效率。本项目考虑了局部网架调整，实现网源协调，构建了包括潮流均衡度、线路投资、系统有功网损和清洁能源接入总容量的多目标函数，潮流均衡度的加入，提高了网源荷的整体协调性，实现了系统运行效率与投资经济性整体最大化。

针对分布式资源可信容量度的评估，国内外研究主要是考虑配电网故障下分布式资源对可靠性的贡献计算等可靠性下能够替代的变电站容量，未考虑故障下高压网架与中压协调配合，计算结果缺乏实用性。本项目考虑电源渗透率、出力的不确定性、内部控制策略和高压网架结构，基于序贯蒙特卡洛和弦切法，提出了配电网分布式资源高压配电网变电可替代容量的定义、计算条件和评估方法，提高了可信容量度的精准性和适用性，为主动配电网变电站容量规划及网架结构选择提供了参考。

当大规模风电和光伏接入输电网时，发电的不确定性将引起电网运行电压波动、风险提高。本项目构建了双层规划模型，上层以全寿命周期成本最优、下层以最小切负荷期望为目标，实现了经济性与安全性的协调优化。

此外，针对风电场内设备故障引起的发电功率变化，提出了计及场内拓扑和线路故障的风电场可靠性建模方法，提出了包含交叉熵重要抽样和动态故障集的两阶段协同优化方法，大大提高了计算效率，使可靠性模型精度提高了9.11%，可靠性计算效率比原始蒙特卡罗法提高了87.29%。

目前针对含大规模清洁能源的输电网规划方案进行评价时，大多还在用传统断面型潮流计算分析软件，如BPA等，不能对风险和电压波动等概率指标进行分析。本项目研发完成了具备暂/稳态分析、可靠性、暂稳态多种风险、经济性、安全性、电压波动和经济性等指标计算功能的综合评价与决策系统，填补了清洁能源并网的辅助规划工具研发应用领域的空白。

对于清洁能源消纳能力计算方法、含规模化光伏的配电网电压控制与运行分析方法、计及广义需求侧资源的配电网储能配置方法、考虑失负荷风险的配电网光/储与计划孤岛协同规划、“考虑微网并网的配电网优化规划软件”等多方面研究都填补了国内外该领域的空白。

效益

凸显

应用前景广阔

统计资料显示，本项目产生的经济效益和社会效益十分可观。研究成果实现了山西、青海、吉林等大规模新能源的并网，提高了山西电网对新能源的消纳能力，通过本项目成果的推广应用，共实现直接经济效益46544万元。

2015至2016年间，吉林省乾安才字风电场并网综合决策应用中，软件平台决策得到的方案直接经济效益共计达5746万元。2016至2017年，青海省大规模风电及光伏并网综合决策应用中,将推荐方案和传统规划方案进行比选两年期内共节约电网投资4554万元。2016至2017年，朔州右玉国电高家堡风电场利用本课题研究成果优化了风电场集电线路，分别从经济输送容量、导线容许的发热条件限制的线路持续极限输送容量、电压损失三方面分析风电场集电系统拓扑方案，推荐方案在项目投资、运行费用、停电损失费用大幅减少，直接经济效益共计达2740.19万元。

光伏扶贫工程是山西贫困地区摘贫脱困的重要途径之一，山西承担着光伏大规模并网的任务。本项目在长治、忻州、临汾、大同4个地区进行推广应用，实现397项、涉及59.9万千瓦扶贫光伏接入配套电网项目“选址定容”的优化，共计节省电网建设投资7895万元。

综合评价与决策系统的应用，提升了山西电网对间歇性新能源的接纳能力，自2013至2016年间共减少损失电量约7190万千瓦时，按照火电机组每少发1千瓦时电，则节约0.4克标准煤，减少污染排放0.997克二氧化碳、0.03克二氧化硫来计算，3年可减少煤耗约为2.87万吨，减少二氧化碳排放约为7.16万吨，减少二氧化硫排放约为0.2万吨。

另外，项目研究成果“基于分布式电源接入的山西配电网中压网架建设和优化”及“考虑微网并网的配电网优化规划系统”的应用，提高了配电网对分布式光伏发电的接纳能力，实现10.6亿千瓦时光伏发电，3年共减少煤耗约为42.4万吨，减少二氧化碳排放105万吨，减少二氧化硫排放3万吨。

该项目成果应用后，促进了山西贫困户摘贫脱困，取得了较好的节能减排效果，缓解了能源供给和环境污染压力，推动了电力行业的绿色发展，有利于促进山西省区域经济发展。近期拟进一步推广应用，为高比例清洁能源并网地区的电网规划与运行提供技术支持。