可再生能源供电电网面对的挑战和解决方案分析-第2页-北极星储能网

投稿

我要投稿

4电网的稳定性

电力系统的稳定性是指在给定运行条件下，电网在受到扰动后，重新恢复到运行平衡状态的能力。电力系统的稳定性可以分为功角稳定、频率稳定和电压稳定。传统的交流电网主要依靠同步发电机维持系统的稳定运行，网络中的同步发电机转子之间通过电气耦合达到同步，如图5所示。

图5 电网中的各个设备达到同步状态

电力系统的惯量为系统中所有发电机惯量之和，体现了系统抵抗干扰维持稳定的能力。而电力电子器件为物理零惯量器件，新能源发电比例的增加将降低系统惯量。传统电网以同步发电机为主体，新能源占比很小，系统的稳定性问题并不突出。随着新能源占比的不断提升，特别是当电网运行在以逆变器为主的状态时，系统的稳定运行将受到严峻挑战。电力系统的稳定性将成为限制新能源消纳的重要因素。

为保证系统的稳定运行，需要电网中发电机和负载提供各种类型的辅助作用。当前电力系统中，同步发电机和传统负载起主要辅助稳定作用。如果采取适宜的控制方法，新能源电站也可以提供电网稳定运行所需的各种辅助服务。由于逆变器可以单独控制有功和无功功率，通过合理设计控制器，可以使其具有类似传统同步风电机的惯性特征。例如，风机可以从其旋转的叶片和发电机中吸收动能来短时注入额外有功功率到电网;光伏逆变器结合弃光调节也可以提供惯量特征;储能装置可以通过调制有功功率输出来模仿惯量表现等。图6总结了不同类型的发电装置可以起到的维持电网稳定的作用。

图6 不同类型的发电装置所能提供的辅助作用

此外，由于新能源电站出力的波动性和随机性，电网在运行中需保有足够的备用容量(OperatingReserve)，以保证在突发功率不平衡事件时系统的频率稳定，如图7所示。

图7 电力系统备用容量分类

5电网保护

短路故障是最常见的电网故障。当电网中出现短路故障时，相应的线路会产生很大的短路电流，继电保护装置通过检测短路电流来触发保护动作。传统发电机可以输出高达六倍额定电流的短路电流。而逆变器输出的电流有限，在以逆变器为主体的电网中，短路电流相对较小。这会影响传统继电器的对故障的感知和动作，以至不能够及时将故障隔离。这种情况的解决方案有：在电网中加入同步调相机，提高短路电流;或者改变继电器对故障信号的检测方案，如将电流差分作为继电器动作的触发信号等。此外，依靠检测频率变化的继电器也需要重新设计。

另一方面，逆变器相比于传统同步发电机反应更加迅速。如果能够对网络中的扰动做出快速的感知和动作，逆变器可以提高电网故障穿越的能力。图8为对比了同步发电机、快速断开的逆变器以及提供七周波故障穿越的逆变器的短路电流。

图8 同步发电机、快速断开的逆变器以及提供七周波故障穿越的逆变器的短路电流

6黑启动

当遭遇大停电事故后，电力系统需要具备黑启动的能力。为实现黑启动需要发电设备作为电压源，为高启动电流设备(如发电机和变压器)提供足够能量。由于逆变器的输出电流有限，以逆变器为主体的电网在设计时，尤其需要考虑逆变器提供足够启动电流的能力。除此以外，也可以在电能恢复时将负载分开逐步启动，最终实现整个系统的黑启动。

未来电网中，以风能和太阳能为代表的新能源发电比例会持续增加，新能源发电成本将逐年降低，新能源将成为竞争性发电能源。按我国当前新能源发展趋势，新能源资源富集地区未来新能源电量占比将超过50%，高比例新能源场景必定会出现。本文对未来电网在此发展趋势下所面对的挑战和解决方案进行了分析，特别是提到了未来逆变器主导下的电力系统面临的问题与挑战。但本文对高比例新能源情景的分析还处于前期探索研究阶段，缺乏定量分析和过程研究，但相关思考和建议值得借鉴。在我国新能源快速发展形式下，仍需结合我国新能源发展规划和实际电网的运行情况，在规划分析、运行控制等方面做进一步实践性研究。笔者所在院士团队前期也做了相关的研究，在此抛砖引玉：

我国新能源出力与负荷需求在季节上具有一定的逆向分布特点;新能源电量占比为40%时，会带来电能消纳的季节性问题。

加强联网和建设灵活调节电源是解决新能源消纳最有效的措施;通过常规机组深度调峰、提升通道送出能力和应用储能三种措施可在一定程度上提升风电消纳能力，但代价大。

新能源机组将作为主力电源，应承担主力电源的“责权利”，加强新能源发电参与系统调节(一次调频、调压等)的能力，有助于提升其消纳水平。

高比例新能源接入与电力系统电力电子化将对传统的规划、仿真、运行控制等带来严峻的挑战，应重点关注并提前布局。

拓展阅读

原标题：如何实现100%可再生能源供电的电网

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

订阅北极星周刊，精彩内容不再错过！

特别声明：北极星转载其他网站内容，出于传递更多信息而非盈利之目的，同时并不代表赞成其观点或证实其描述，内容仅供参考。版权归原作者所有，若有侵权，请联系我们删除。

凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创，转载需获授权。

阅读下一篇

全球2023年电动汽车充电站市场预测报告市值将超304亿美元

可再生能源查看更多>储能查看更多>削峰填谷查看更多>

姓名：
性别：
出生日期：
邮箱：
所在地区：
行业类别：
工作经验：
学历：
公司名称：
任职岗位：

可再生能源供电电网面对的挑战和解决方案分析

全球2023年电动汽车充电站市场预测报告 市值将超304亿美元

登录注册

绑定账号

想要获取更精准资讯推荐？建议您完善以下信息~

订阅成功

全球2023年电动汽车充电站市场预测报告市值将超304亿美元

想要获取更精准资讯推荐？建议您
完善以下信息~