浅谈新能源发电与智能电网

浅谈新能源发电与智能电网

孙小涵

(国网山东省电力公司青岛供电公司266002)

摘要：电力工业改革带来的挑战与热点问题使得电力系统安全运行备受关注。随着可再生能源、分布式发电和需求响应等成为系统电源的重要组成部分，不同类型新能源的接入带来的不同形式的不确定性问题需要采用更加灵活和智能的系统调度技术来解决。随着可再生能源接入电网数量的不断增加，电力系统迫切需要新的调度系统以更好地应对系统的不确定性问题。

关键词：新能源发电；智能电网

前言：近年来，我国新能源发展迅速，由于新能源发电具有随机性、波动性和间歇性的特点，其接入电网会影响电力系统的安全稳定运行。“智能电网”的提出，有利于促进可再生能源的发展，实现可再生能源与电力系统有机融合，相对彻底的解决目前困扰新能源发电入网等技术问题。

1.新能源发展趋势

新能源也称为绿色能源，是指通过新材料、采用新技术来替代化石能源以外的能源，是可产业化开发、系统性应用的可持续开发能源。其包含范围广泛，如：太阳能、风能、地热能、潮汐能、波浪力能等，其共同的特点为除化石能源与核能之外的可再生能源。

2.新能源发展特点

由于新能源具有低污染、低排放、高热能、可再生等特点，符合国际上对可持续发展能源的需求，因此，各国均加大了在相关领域的经济刺激。虽然经济危机给新能源产业带来了负面的影响，但是，与其他传统行业相比较而言，新能源依旧是朝阳产业，孕育着巨大的商机和经济利益。

3.智能电网及特点

3.1自感及自愈性

智能电网在信息上具有实时性，通过采集系统内部实时动态信息，对动态信息进行风险评估，确定风险等级，计算故障发生概率及发生后引起的系统振荡。通过选择智能控制决策和筛选数据库解决案例，对自感隐患进行预警（发送信息至控制中心）、控制（隔离系统内部报错元件）和恢复等手段，降低大面积停电发生的概率，保证辖区内用户用电的安全性和连续性。

3.2互动性

智能电网通过网络平台与用户达成实时通信，增强与区域内用户的沟通，为用户提供更加便利、更加人性化的服务，即电网实时运行状态、用户用电额度、最新电价、计划或维修导致停电信息及恢复时间等各类服务信息。

3.3安全性

智能电网通过打造信息平台，加强了电力系统与政府、企业间的沟通，增强了电网规划中安全风险的比重，实现了电网运行中的自查自检、预防报警、控制恢复，增强了电网内的运行安全和网络安全，减少甚至避免了在突发事故中的经济损失和造成的不良影响，提高了智能电网的抗风险能力。

3.4优质高效

智能电网通过网络通信平台和优化策略，不仅可以实时监测电网内的设备，对电能质量进行等级区分，还可以通过调整运行状态提升某个节点的使用效率，实现低运营成本下的优质电能输送。

3.5兼容和多元化

智能电网通过网络信息化平台，以输配电网为载体，以电力电子和智能控制等先进技术为决策，将系统内的设备监测、电能检测、自查预警、控制恢复、能量调度、配电管理、信息服务等模块统一集成在智能电网平台中，实现了不同业务和各类信息的交互。

4.新能源发电接入智能电网技术研究

智能电网解决新能源发电并网问题，将主要应用两个方面的先进技术：电力电子技术和大容量储能技术。通过电力电子技术，对电力设备和电网进行改造，来提高电能质量，提升电网输送容量和可靠性;通过引进许多新的储能设备和电源，来平衡和调节新能源发电及电力需求的稳定性。

4.1电力电子技术

电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换及控制的一种现代技术，节能效果可达10%-40%，可以减少机电设备的体积并能够实现最佳工作效率。目前，半导体元器件向高压化、大容量化发展，电力电子产业出现了以交换虚拟电路为代表的柔性交流输电技术、以高压直流输电为代表的新型超高压输电技术、以高压变频为代表的电气传动技术和以智能开关为代表的同步开断技术等。

4.1.1高压直流输电技术

高压直流输电技术对于远距离输电，高压直流输电拥有独特的优势。其中，轻型直流输电系统采用门控晶闸管、绝缘栅双极型晶体管等可关断的器件组成换流器，使中型的直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力。此外，可关断器件组成的换流器，还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电，未来还可用于城市配电系统，接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性。

4.1.2柔性交流输电技术

柔性交流输电技术是新能源、清洁能源的大规模接入电网系统的关键技术之一，将电力电子技术与现代控制技术相结合，通过对电力系统主要参数(如电压、相位差、电抗等)进行灵活快速的适时控制，以实现输送功率合理分配，从而大幅降低输电损耗、提高输电线路输送能力和保证电力系统稳定水平。除此之外，更重要的是网络本身的设计，要变得更加柔性、灵活，由于分布式电源以及储能系统的引入，电网的设计需要在达到“即插即用”要求的同时，还要考虑对周边设施冲击最小。

4.1.3高压变频技术

高压变频技术是在高压大容量电能变换及高品质控制方面应用电力电子技术，对电力系统的频率和幅值直接实施变压变频控制，从而大幅降低损耗。特别是新型多电平电压型高压变频产品，随着以IGBT、IGCT(绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管)为代表的性能优异的复合器件的快速发展，和相应的各种PWM(脉冲宽度调制)控制算法的不断深入研究，使多电平结构逐步走向应用化。

4.1.4同步开断技术

同步开断是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。目前，高压开关大都是机械开关，开断时间长、分散性大，难以实现准确的定相开断。实现同步开断的根本出路在于用电子开关取代机械开关，在理论上应用同步开断技术可完全避免电力系统的操作过电压，这样由操作过电压决定的电力设备绝缘水平可大幅度降低，设备的损坏也大大减少。

4.2大容量储能技术

大容量储能技术对智能电网意义重大，在最新的理论探讨中，其作为解决新能源并网及整合分布式能源方面具有独特的优势。首先是能够及时应对电力需求的变化；其次是能够弥补可再生能源发电的不确定性所带来的不足；再次是满足插充式电动汽车的用电需求；最后是能够为电力调度、电力交易提供辅助服务。储能技术种类多且可以适应不同的环境，目前很多‘智能储能’技术都在发展之中，巨型电池、飞轮储能都是随时能够投入发电也随时都能进行储能，有利于电网的运行，受到电网企业的支持。还有以ABB公司轻型静止无功补偿系统为代表的将电池技术和新型电力半导体技术相结合，作为灵活交流输电系统技术的一部分，可以有效提高输电系统输送能力和安全性和灵活性。

结束语

智能电网能使资源开发、发电、输电、储电、配电、供电、售电及用电的电网系统各个环节进行智能交流，在保证安全的前提下，最大限度地接纳可再生能源，以节省电力成本、降低环境压力。只有加快智能电网的建设和电力体制的改革，才能最大限度地接纳可再生能源发电的容量。储能技术是智能电网的关键技术，就目前技术而言，短时储能将以蓄电池为主，长时间储能以抽水储能最为可靠、经济。未来的可再生能源发电在发送电力的同时，必须参与无功补偿、限发、稳频、动态支撑、储电、低电压穿越等电网新需求，以配合智能电网进行实时的调度和管理。

参考文献:

[1]张征,王晓蓉.新能源接入综合系统研究与实现[J].供用电,2011,28(1):15-18,24．

[2]艾芊,郑志宇.分布式发电与智能电网[M].上海:上海交通大学出版社,2013．