高滲透率新能源電網(wǎng)規(guī)劃與調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)

俞曉吉

摘要：本文對學術(shù)界以及工業(yè)界在高滲透率新能源電網(wǎng)規(guī)劃與控制領(lǐng)域的最新研究成果進行了全面的分析。

關(guān)鍵詞：高滲透率;新能源;電網(wǎng)規(guī)劃;調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)

引言

為了應對我國傳統(tǒng)能源短缺的問題以及越來越嚴重的環(huán)境污染問題，近些年來政府相關(guān)部門采取一系列積極有效的措施大力發(fā)展一些可再生能源。有關(guān)于風電以及光伏等可再生能源的裝機容量經(jīng)過多年的努力當前我國已經(jīng)位居世界第一，裝機占比已接近20%，成為我國電力系統(tǒng)在實際提供電能過程當中的主力電源。不難預見在不久的未來，所占比例還將進一步增大。預計到2040年將會高達50%。與此同時，由于風光等可再生能源技術(shù)在實際產(chǎn)電的過程當中具有相對來說比較強的波動性以及隨機性，近些年來棄風棄光的問題相對來說比較嚴重。這種現(xiàn)象受到我國政府部門以及學術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注，隨著我國可再生能源裝機規(guī)模的不斷擴大，不能預見傳統(tǒng)電網(wǎng)的運行模式以及系統(tǒng)特性將會產(chǎn)生根本性的轉(zhuǎn)變。在這一過程當中，有許多技術(shù)問題有待于人們?nèi)ゲ扇》e極措施對其進行進一步解決。具體包括高滲透率新能源背景下電網(wǎng)的規(guī)劃技術(shù)、仿真分析技術(shù)、協(xié)調(diào)控制技術(shù)以及保護技術(shù)等等。

1風光火打捆多直流弱送端電網(wǎng)安全穩(wěn)定防御系統(tǒng)

該技術(shù)是由我國國家電網(wǎng)西北分部的一名學者所提出的，在該技術(shù)實際使用的過程當中需要用到對多資源廣域協(xié)調(diào)控制和新能源全景監(jiān)控等一系列關(guān)鍵技術(shù)。當前在我國電網(wǎng)安全運行的過程當中，依然存在著感知以及相應的控制手段不能夠滿足電網(wǎng)運行的實際需求的一系列問題。該技術(shù)的防御系統(tǒng)在實際使用的過程當中可以有效的實現(xiàn)對電力網(wǎng)絡(luò)同步穩(wěn)定控制以及頻率控制等一系列關(guān)鍵的功能。通過實踐證明，該技術(shù)在實際使用的過程當中相應的防御系統(tǒng)在電力網(wǎng)絡(luò)實際運輸電能的過程當中，能夠有效的應對特高壓直流的故障沖擊。同時通過該技術(shù)的合理使用還可以有效地阻斷后續(xù)所發(fā)生的一系列連續(xù)反應。該技術(shù)使得我國西北電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平得到了實質(zhì)性的提高，也進一步指導了風光火打捆多直流弱送端電網(wǎng)的控制技術(shù)進一步發(fā)展。

2綜合多類型措施的頻率緊急協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法

隨著我國電力網(wǎng)絡(luò)在運行過程當中有關(guān)于精益化的要求變得越來越高，一些有關(guān)于直流緊急功率支援、發(fā)電處理快速升降以及負荷控制等連續(xù)調(diào)節(jié)類型的控制技術(shù)在我國國家電網(wǎng)日常發(fā)展的過程當中受到了越來越多的重視。該技術(shù)在實際使用的過程當中，首先現(xiàn)場的工作人員需要保證電網(wǎng)頻率處于安全的范圍之內(nèi)。然后通過一些協(xié)調(diào)連續(xù)及離散控制的相關(guān)措施進一步降低一旦電網(wǎng)發(fā)生故障之后對其頻率進行控制過程當中所需要付出的代價。該技術(shù)在實際使用的過程當中極大的適應了我國電力網(wǎng)絡(luò)在實際運行過程當中精益化頻率穩(wěn)定性控制的嚴格要求。圖1 為多類頻率控制資源的協(xié)調(diào)配合設(shè)計。

3連續(xù)潮流模型風電接入的電網(wǎng)靜態(tài)電壓安全域計算新技術(shù)

該技術(shù)在實際使用的過程當中，使用連續(xù)潮流模型作為其研究的對象。與此同時還在實際使用的過程當中進一步結(jié)合電壓的一些安全約束條件，通過這些數(shù)據(jù)的有效利用，進一步構(gòu)建出了系統(tǒng)電壓安全裕度指標，融合了靈敏度方程以及一些啟發(fā)式算法。

4換流站虛擬頻率控制技術(shù)

該技術(shù)在實際使用的過程當中，需要以柔性直流送出工程作為該技術(shù)的應用對象。隨著我國國家電網(wǎng)的進一步發(fā)展，大規(guī)模新能源金融性直流送出的出現(xiàn)為解決新能源在實際并網(wǎng)過程當中所產(chǎn)生的消納現(xiàn)象提供了一種全新的解決思路。然而，如果在電力網(wǎng)絡(luò)正常運行的過程時候是屬于不加任何附加控制的情況下，那么在這過程當中新能源的有關(guān)波動將會進一步經(jīng)過柔直全部傳遞到相應的受端網(wǎng)絡(luò)當中。為了使得新能源在柔直并網(wǎng)過程當中所產(chǎn)生的有功波動問題得到有效的解決。該技術(shù)在孤島換流站的電壓頻率（VF）控制基礎(chǔ)上采用換流站虛擬頻率控制的一系列有關(guān)的方法和新能源發(fā)電一次調(diào)頻（PFR）控制一起，實現(xiàn)孤島換流站的功率波動自組一組的功能。通過該技術(shù)的有效使用可以很好的發(fā)揮出孤島換流站功率波動的抑制功能。圖2 孤島換流站VF控制。

5基于風機動能儲備的VSC-HVDC系統(tǒng)一次調(diào)頻控制技術(shù)

該技術(shù)在實際使用的過程當中可以需要以風機動能儲備的VSC-HVDC系統(tǒng)作用的正常發(fā)揮，使得位于新能源端的工作人員可以整體參與交流電網(wǎng)的頻率調(diào)整工作。

6風電機組故障后協(xié)調(diào)控制技術(shù)

該技術(shù)在實際使用的過程當中，需要以一種改進的耗能電阻拓撲結(jié)構(gòu)作為該技術(shù)在實際使用過程當中的基礎(chǔ)，一旦風電機組發(fā)生故障之后，通過該協(xié)調(diào)控制策略的合理應用，極大的提高了VSC-HVDC風電并網(wǎng)系統(tǒng)的故障穿越性能。

7風機參與調(diào)頻的網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制技術(shù)

對風電機組慣量以及對其下垂進行有效的控制并且進一步協(xié)調(diào)優(yōu)化，基于改進的粒子群算法對一系列需要控制的參數(shù)進行適當?shù)膬?yōu)化，從而進一步得到風機參與調(diào)頻的網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制策略。

8結(jié)束語

可再生能源的大力發(fā)展有利于解決我國傳統(tǒng)能源短缺以及環(huán)境污染的問題。因此，政府相關(guān)部門以及學術(shù)界、工業(yè)界的相關(guān)人員要持續(xù)加大對該對高滲透率新能源電網(wǎng)規(guī)劃以及調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)的研究力度，從而使得我國能源短缺以及環(huán)境污染的問題能夠得到更好的解決。

參考文獻：

[1]?? 周晨曦.高滲透率揚中綠色能源島的電網(wǎng)規(guī)劃和消納控制研究[D].江蘇大學，2019.

[2]?? 張群.地區(qū)級電網(wǎng)高滲透率風電分層分區(qū)并網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)研究[D].東南大學，2018.

俞曉吉

摘要：本文對學術(shù)界以及工業(yè)界在高滲透率新能源電網(wǎng)規(guī)劃與控制領(lǐng)域的最新研究成果進行了全面的分析。

關(guān)鍵詞：高滲透率;新能源;電網(wǎng)規(guī)劃;調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)

引言

為了應對我國傳統(tǒng)能源短缺的問題以及越來越嚴重的環(huán)境污染問題，近些年來政府相關(guān)部門采取一系列積極有效的措施大力發(fā)展一些可再生能源。有關(guān)于風電以及光伏等可再生能源的裝機容量經(jīng)過多年的努力當前我國已經(jīng)位居世界第一，裝機占比已接近20%，成為我國電力系統(tǒng)在實際提供電能過程當中的主力電源。不難預見在不久的未來，所占比例還將進一步增大。預計到2040年將會高達50%。與此同時，由于風光等可再生能源技術(shù)在實際產(chǎn)電的過程當中具有相對來說比較強的波動性以及隨機性，近些年來棄風棄光的問題相對來說比較嚴重。這種現(xiàn)象受到我國政府部門以及學術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注，隨著我國可再生能源裝機規(guī)模的不斷擴大，不能預見傳統(tǒng)電網(wǎng)的運行模式以及系統(tǒng)特性將會產(chǎn)生根本性的轉(zhuǎn)變。在這一過程當中，有許多技術(shù)問題有待于人們?nèi)ゲ扇》e極措施對其進行進一步解決。具體包括高滲透率新能源背景下電網(wǎng)的規(guī)劃技術(shù)、仿真分析技術(shù)、協(xié)調(diào)控制技術(shù)以及保護技術(shù)等等。

1風光火打捆多直流弱送端電網(wǎng)安全穩(wěn)定防御系統(tǒng)

該技術(shù)是由我國國家電網(wǎng)西北分部的一名學者所提出的，在該技術(shù)實際使用的過程當中需要用到對多資源廣域協(xié)調(diào)控制和新能源全景監(jiān)控等一系列關(guān)鍵技術(shù)。當前在我國電網(wǎng)安全運行的過程當中，依然存在著感知以及相應的控制手段不能夠滿足電網(wǎng)運行的實際需求的一系列問題。該技術(shù)的防御系統(tǒng)在實際使用的過程當中可以有效的實現(xiàn)對電力網(wǎng)絡(luò)同步穩(wěn)定控制以及頻率控制等一系列關(guān)鍵的功能。通過實踐證明，該技術(shù)在實際使用的過程當中相應的防御系統(tǒng)在電力網(wǎng)絡(luò)實際運輸電能的過程當中，能夠有效的應對特高壓直流的故障沖擊。同時通過該技術(shù)的合理使用還可以有效地阻斷后續(xù)所發(fā)生的一系列連續(xù)反應。該技術(shù)使得我國西北電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平得到了實質(zhì)性的提高，也進一步指導了風光火打捆多直流弱送端電網(wǎng)的控制技術(shù)進一步發(fā)展。

2綜合多類型措施的頻率緊急協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法

隨著我國電力網(wǎng)絡(luò)在運行過程當中有關(guān)于精益化的要求變得越來越高，一些有關(guān)于直流緊急功率支援、發(fā)電處理快速升降以及負荷控制等連續(xù)調(diào)節(jié)類型的控制技術(shù)在我國國家電網(wǎng)日常發(fā)展的過程當中受到了越來越多的重視。該技術(shù)在實際使用的過程當中，首先現(xiàn)場的工作人員需要保證電網(wǎng)頻率處于安全的范圍之內(nèi)。然后通過一些協(xié)調(diào)連續(xù)及離散控制的相關(guān)措施進一步降低一旦電網(wǎng)發(fā)生故障之后對其頻率進行控制過程當中所需要付出的代價。該技術(shù)在實際使用的過程當中極大的適應了我國電力網(wǎng)絡(luò)在實際運行過程當中精益化頻率穩(wěn)定性控制的嚴格要求。圖1 為多類頻率控制資源的協(xié)調(diào)配合設(shè)計。

3連續(xù)潮流模型風電接入的電網(wǎng)靜態(tài)電壓安全域計算新技術(shù)

該技術(shù)在實際使用的過程當中，使用連續(xù)潮流模型作為其研究的對象。與此同時還在實際使用的過程當中進一步結(jié)合電壓的一些安全約束條件，通過這些數(shù)據(jù)的有效利用，進一步構(gòu)建出了系統(tǒng)電壓安全裕度指標，融合了靈敏度方程以及一些啟發(fā)式算法。

4換流站虛擬頻率控制技術(shù)

該技術(shù)在實際使用的過程當中，需要以柔性直流送出工程作為該技術(shù)的應用對象。隨著我國國家電網(wǎng)的進一步發(fā)展，大規(guī)模新能源金融性直流送出的出現(xiàn)為解決新能源在實際并網(wǎng)過程當中所產(chǎn)生的消納現(xiàn)象提供了一種全新的解決思路。然而，如果在電力網(wǎng)絡(luò)正常運行的過程時候是屬于不加任何附加控制的情況下，那么在這過程當中新能源的有關(guān)波動將會進一步經(jīng)過柔直全部傳遞到相應的受端網(wǎng)絡(luò)當中。為了使得新能源在柔直并網(wǎng)過程當中所產(chǎn)生的有功波動問題得到有效的解決。該技術(shù)在孤島換流站的電壓頻率（VF）控制基礎(chǔ)上采用換流站虛擬頻率控制的一系列有關(guān)的方法和新能源發(fā)電一次調(diào)頻（PFR）控制一起，實現(xiàn)孤島換流站的功率波動自組一組的功能。通過該技術(shù)的有效使用可以很好的發(fā)揮出孤島換流站功率波動的抑制功能。圖2 孤島換流站VF控制。

5基于風機動能儲備的VSC-HVDC系統(tǒng)一次調(diào)頻控制技術(shù)

該技術(shù)在實際使用的過程當中可以需要以風機動能儲備的VSC-HVDC系統(tǒng)作用的正常發(fā)揮，使得位于新能源端的工作人員可以整體參與交流電網(wǎng)的頻率調(diào)整工作。

6風電機組故障后協(xié)調(diào)控制技術(shù)

該技術(shù)在實際使用的過程當中，需要以一種改進的耗能電阻拓撲結(jié)構(gòu)作為該技術(shù)在實際使用過程當中的基礎(chǔ)，一旦風電機組發(fā)生故障之后，通過該協(xié)調(diào)控制策略的合理應用，極大的提高了VSC-HVDC風電并網(wǎng)系統(tǒng)的故障穿越性能。

7風機參與調(diào)頻的網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制技術(shù)

對風電機組慣量以及對其下垂進行有效的控制并且進一步協(xié)調(diào)優(yōu)化，基于改進的粒子群算法對一系列需要控制的參數(shù)進行適當?shù)膬?yōu)化，從而進一步得到風機參與調(diào)頻的網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制策略。

8結(jié)束語

可再生能源的大力發(fā)展有利于解決我國傳統(tǒng)能源短缺以及環(huán)境污染的問題。因此，政府相關(guān)部門以及學術(shù)界、工業(yè)界的相關(guān)人員要持續(xù)加大對該對高滲透率新能源電網(wǎng)規(guī)劃以及調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)的研究力度，從而使得我國能源短缺以及環(huán)境污染的問題能夠得到更好的解決。

參考文獻：

[1]?? 周晨曦.高滲透率揚中綠色能源島的電網(wǎng)規(guī)劃和消納控制研究[D].江蘇大學，2019.

[2]?? 張群.地區(qū)級電網(wǎng)高滲透率風電分層分區(qū)并網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)研究[D].東南大學，2018.