新能源發電大規模接入的電網安全運行與優化控制

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新能源發電大規模接入的電網安全運行與優化控制「十四五」期間，我國新能源裝機和發電量占比仍將繼續提高，對電力系統的影響將更為突出，需要重點關注高比例新能源併網帶來的電力系統安全、新能源發電項目規模管控、新能源消納等問題，從機理研究、標準強化、政策落實、規模管控、管理優化等各個方面着手，推動新能源科學發展。

目錄

項目背景

隨着新能源發電機組大量替代常規機組，電網安全運行面臨挑戰。同時，電力系統中，電力電子化特徵日益顯著，給電網運行機理也帶來深刻變化。近年來，國外發生的一些大停電事故與新能源發電大規模接入有關。

一方面，新能源發電包含大量電力電子設備，其頻率、電壓耐受標準偏低。當系統發生事故，頻率、電壓發生較大變化時，新能源發電機組容易大規模脫網，引發連鎖故障。另一方面，電力電子裝置的快速響應特性，在傳統同步電網以工頻為基礎的穩定問題之外，帶來了寬頻帶（5～300赫茲）振盪的新穩定問題。

針對此類問題，應完善新能源機組併網標準，提高新能源機組涉網性能要求，挖掘新能源場站自身動態有功、無功調節能力，要求新能源參與系統調頻、調壓，防範新能源機組大規模脫網引發的連鎖故障。在新能源發電機組高比例接入與極端天氣頻發的背景下，電網企業需要提高災害氣象預警水平，結合電網運行特性，強化風險分析與預防。同時，有關部門和電網企業應加強新能源機組次同步諧波管理，深化機理研究，出台相關規定。

成果簡介

規模化新能源消納是當前新能源產業快速發展亟需解決的問題，也是促進能源互聯網建設的重要理論支撐。對推動新疆地區風、光、儲等新能源大規模發展、特高壓混合交直流輸電安全穩定運行、減少棄風、棄光具有非常重要意義。 項目針對新疆地區風、光等新能源發電大規模接入電網後引起的電網安全問題展開研究，主要研究新疆電網的安全運行方式與優化控制方法。

通過風電機組健康狀態的實時在線評估、風電功率和光伏發電的高精度預測、次同步振盪檢測、諧波傳播機理及諧波抑制方法的研究，消除或降低新能源發電大規模併網對輸電及配電帶來的風險，實現電網安全運行;通過對風光互補、風光儲、微電網、智能配電網高效清潔運行、交直流混合輸電等多種運行場景的綜合協調和優化控制研究，實現平抑新能源發電的波動性，優化無功補償及有功調配，提高電網的電壓、頻率穩定性，使電網能夠接納更多的新能源所發出的電力，從而使新能源電力綜合利用效率達到最大化。

項目研究成果中的關鍵技術應用於新疆地區風電、光伏發電企業，經實地驗證具有減少棄風、棄光效果，電網運行安全性、穩定性均得到改善提升，能夠進一步擴大新能源發電的接入規模，增加調度、控制、維護策略和手段的有效性，具有顯著的經濟效益和環境效益。 項目共申請並授權2項國家發明專利，申請並登記軟件著作權3項，發表科技論文67篇（其中SCI論文2篇，EI論文12篇），培養相關專業研究生約25名，出站博士後1名，產生重要的學術影響力。

截止2017年底，項目成果已在新疆地區多家新能源發電企業推廣應用，推動了規模化新能源消納技術、能源互聯網技術的創新發展，社會效益十分顯著。

推廣應用前景與措施：

本項目取得的經濟效益、社會效益和生態效益具體闡述如下：

1.經濟效益

本項目建立的太陽逐時輻射強度預測模型、大規模風儲電力功率波動抑制多目標優化模型、風速風功率預測模型和風儲優化控制方法、擴張狀態觀測器的風機虛擬慣量控制方法、風電機組運行的健康狀態在線評估、風電機組諧波、電網次同步振盪檢測的分層追蹤技術、多層多區域混合自動電壓控制系統、智能配電網高效運行評估技術、配電網停電風險評估應急預警技術等研究成果，應用於疆內風電、光伏發電企業、國家電網公司,具有減少棄風、棄光效果,電網運行安全性、穩定性均得到改善提升,能夠進一步擴大新能源發電的接入規模，增加調度、控制、維護策略和手段的有效性,全年新增經濟效益超 500 萬元。

2.社會效益

本項目針對新疆地區風、光等新能源發電大規模接入的情況下，對實現新疆電網安全的運行方式與優化控制方法展開研究，獲得顯著的社會效益。

(1)所取得的研究成果及其應用能夠提高風速與風功率的預測精度,從而提高光伏電站、大型風電場的發電效率,使新能源發電能夠實現高效運行,取得效益最大化,是支持清潔發電、電力行業節能減排的重要基礎。

(2)增強風速擾動的抗干擾能力，能夠改善新能源發電大規模接入電網的電壓穩定性和頻率穩定性，並使出力波動得到了較好的控制,為新疆地區實現清潔電能的遠距離輸送、特高壓交直流輸電打下了堅實的基礎。

(3)提升風電場併網運行的低電壓穿越能力、檢測並抑制諧波、次同步振盪的產生及傳播、能夠改善大規模新能源發電併網的運行環境,提升電網對新能源發電的接納及控制能力，對新能源產業的進一步發展起到重要支撐作用。

(3)優化新能源發電-配電網-輸電網的協調配合運行，降低發電環節的波動性、故障及控制水平引起的停運,強健並優化輸配電結構及控制,使其更適合接納大規模新能源發電的接入及遠距離輸送，在提升新能源發電效率的同時降低電網的運維成本，使電網運行更高效。

(4)為社會培養了高質量的專業技術人才，在項目實施過程中，先後培養碩士研究生約 25 名，出站博士後 1 名。

3.環境效益

本項目的研究成果應用於新疆地區多家新能源發電企業,經實地驗證具有減少棄光量的直接環境效益，光伏發電全年利用小時數同比提高了 142 小時,全年累計增加發電量超 710 萬千瓦時；具有減少棄風量的直接環境效益，全年的利用小時數同比提高 120 小時，全年累計增加發電量超 600 萬千瓦時。此外,通過風光互補、風儲聯合、配電網高效運行等優化手段提升了電網接納新能源發電的能力，改善了電網運行環境，間接促進了新能源發電量的增加。本項目以上直接、間接環境效益對實現化石能源的清潔替代、清潔電能的遠距離輸送、節能減排效果明顯。