摘要：随着化石能源的逐渐枯竭和环境污染的加剧，对于可再生能源的开发和需求日益强烈。但是由于风电并网容量日益增大，单纯考虑供应侧以满足电力系统的安全、可靠、经济、高效运行越来越困难。文章通过基于高比例新能源电力系统，分析了风电并网对电能的影响，并结合消纳现状问题提出了几点应对对策，以期为电力系统发展带来一些启发。
关键词：高薪比例新能源；并网；影响；对策
1高比例新能源电力系统
伴随着新能源的快速增长，中国部分地区风光电占总装机容量的比例不断增加。截至2017年7月底，甘肃、宁夏、新疆和青海等省区的风光电比例已经超过总装机容量的30%，其中甘肃已经达到了41.8%，装机容量和发电量比例等主要指标达到国际先进水平，高比例风光电发展趋势明显。
尽管如何定义高比例新能源电力系统存在一定的分歧，但国家批准甘肃省建设国家新能源综合示范区具有一定的代表性，明确提出了2020年甘肃省新能源占总装机容量50%以上、新能源发电量占全社会用电量的30%以上、特高压直流外送新能源比例达到40%以上、非化石能源在一次能源消费中的比例达到25%以上的量化指标，其中新能源占总装机容量50%以上、占总发电量30%以上应该可以作为高比例新能源电力系统的主要评价指标。
截至2017年9月底，甘肃新能源已经占全省总装机容量的41.78%、占全省发电量的23.5%，新能源理论发电量已经占全省发电量的39.9%，其中2017年某日新能源理论发电量已经占全省发电量的63.11%，高比例新能源的特征凸显。
2风电并网对电能质量的影响
2.1电压偏差问题
电压偏差时风电并网对电能质量不良影响之一，主要是由于系统的无功功率不平衡引起的。电压偏差的产生主要是在供电系统运行的时候，其在某一个节点中的电压与供电系统的额定电压所产生的差值，这个差值与供电系统的标称电压之间的百分数就叫做这个节点处的电压偏差。在风力发电并网的过程中，虽然通过并联电容器补偿来调节电压，但是由于电容器投切过程中，存在调节不平滑的问题，也就是说，电力系统的负荷和发电机组的出力都是在不断发生变化的，电网的结构也随着运行的方式变化而变化，这就引起了电力系统运行功率不平衡，同时，这种调节是阶梯性变化的，无法实现最佳的补偿。这也就导致了无功功率的波动，从而最终引起电压的偏差问题，影响电网的稳定运行。
2.2电压波动问题
风电机组电压波动的原理主要是其线路阻抗上所存在的压降，输出功率中有功电流的分量作用在相应的线路电阻上，压降表示为R*Ir，输出功率中无功电流的分量作用在相应的线路电抗上，压降表示为jX*Im，这样就形成了一定的电压压降，当风电机组输出功率发生波动的时候，有功电流以及无功电流就会随着发生变化，从而引起电网电压的波动。风力发电并网导致电压波动问题，其引起电压波动问题的因素有很多，但是主要包括风力变化以及风电机组的特性两个方面引起的。同时，还有一些其他因素，比如搭影效应、风剪切、偏航误差和风剪切等，也会对电压的波动产生一些影响，而且在机组切换等操作过程中，也会出现电压波动。
2.3电网谐波问题
新能源并网发电主要包括风电和光伏发电，风力发电谐波来源主要是风电机组的电力电子元件。恒速风机基本不产生谐波，而现在普遍使用的双馈异步发电机和同步发电机，采用了大容量的电力电子元件，直驱永磁同步发电机组的交直交变频器采用可控PWM整流或不控整流，都使用了大量的电力电子非线性的器件，产生一定的谐波。
并网光伏逆变器采用功率开关IGBT及脉宽调制控制方法，并网光伏运行时会产生相应的谐波电压电流，光伏输出功率的间歇变化以及光照不对称都会引起谐波的产生。
2.4三相电压不平衡问题
在不平衡的风电电网电压的影响下，其发电机的内部定子和转子的电流、电压的波形都已经发生了明显的变化，其机端的电压以及电流也发生了一定的变化，并且随着电网的电压不平衡程度的不断增加，其输出特性的波形波动的程度也在不断的增加，另外，对着其不平衡度的增加，风机的输出无功功率以及有功功率、定子侧部分的有功功率以及无功功率的脉动幅度值也在不断的升高，因此这些原因对电网的电能质量造成了很大的影响。
3中国新能源消纳问题存在的主要原因
（1）电源结构性矛盾突出，系统调峰能力严重不足。中国火电占比达到64%，“三北”地区达到70%，中国火电调峰能力普遍只有50%左右，在供暖期火电机组只有20%的调节能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆中国新能源主要集中在“三北”地区，当地用电需求小、供热机组多，特别在冬春季节的供热期、水电枯水期与大风期“三期”重叠，使得新能源消纳更加困难。
（2）跨省跨区送电通道建设滞后，新能源难以实现更大范围消纳。一方面，新能源富集地区跨省跨区通道规划建设滞后。另一方面，现有新能源外送通道能力不能充分发挥。
（3）用电需求增长放缓，消纳市场总量不足。“十二五”以来，中国用电需求增长放缓，但包括新能源在内的各类发电装机仍较快增长，新增的用电市场无法支撑电源的快速增长，导致发电设备利用小时数持续下降。“十二五”以来，全国用电量增速5.9%、电源装机增速9.4%，特别是新能源装机快速增长，增速达到39.7%，远高于用电量增长速度。
（4）市场化机制缺失制约新能源消纳。长期以来，中国发电量仍以计划管理为主，缺乏跨省跨区消纳新能源政策和电价机制。各地政府年初确定各类电源的年发电计划，按照监管要求，全年发电量偏差不得超过年度计划的±2%。电网调度运行部门只能在计划框架下，通过局部优化争取多接纳新能源，调整空间不大、效果有限。
4应对新能源并网运行的对策
4.1因地制宜，有序开展调峰电源建设
充分结合我国的地形地势分布情况，计及输电网分布及电源、负荷分布特性，选择合适地理位置开发抽水蓄能电站及其他类型储能。缩短电能输送距离，降低损耗。
4.2提升火电机组的快速变负荷运行能力
建设调峰电源需要大量投资，对火电机组改造提升其短时间内大幅变负荷运行能力在当前火力发电占据主导地位情形下是可行的办法。利用火电机组的变负荷运行来平抑新能源出力的波动性。
4.3多能互补，协同运行
将新能源消纳的问题扩宽到多种形式能量的生产和消费过程中。考虑到我国北方冬季有较大供暖需求，供暖对供电的持续性要求不高，若建设较大容量的蓄热环节则短时供电中断带来的供暖影响很小。对于大型制冷用户、电动汽车等具有可平移潜力的负荷当其规模达到一定程度时，对新能源消纳的提升效果会更明显。
4.4提高新能源出力预测精度
风电出力的随机性和波动性对系统的运行控制带来诸多挑战，若能提高新能源出力的预测精度将降低系统功率调度的复杂性，可减小储能容量的配置，提高运行经济性，是新能源消纳的一项重要技术基础。
4.5提高新能源优化调度水平
新能源优化调度是以新能源消纳最大为目标，优化开机方式和发电曲线，得到新能源的最优发电计划。目前，运行部门已全面应用新能源优化调度技术，但由于新能源预测短时间内难以提高至负荷预测的精度水平，新能源发电高相关性和不确定性给调度决策带来很大挑战，技术还有待进一步提升，未来需要突破考虑新能源功率预测不确定性的最优调度决策理论技术，实现高比例新能源电力系统随机优化调度和快速求解。
4.6加强需求侧管理
电力需求侧响应是电力供需平衡管理的一种手段，主要是利用市场交易机制和电价机制，引导用户优化用电方式，增强对新能源发电间歇性、不确定性的响应能力，充分挖掘负荷资源潜力，提高消纳新能源的灵活性、积极性。目前，中国需求侧管理缺乏有效的政策机制，用户参与少且没有主动响应发电变化的积极性，需求侧管理相关设备安装率不高，适应新能源波动性的关键技术尚不成熟，需求侧管理技术推广还需进一步加强政策制定、市场引导，加大对电网升级改造和相关通信系统的升级投入。
5结束语
综上所述，中国新能源并网面临电力系统运行控制等方面问题，目前看，实现新能源发展目标依然面临很大压力，需要政府部门、发电企业、电网企业、用户等各方共同努力，抓好新能源并网运行的重点措施及关键环节，推动中国新能源更好更快发展。
参考文献：
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论文作者:庞新春
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/12
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