新能源接入对传统电力系统稳定性的影响及应对策略

新能源接入对传统电力系统稳定性的影响及应对策略

闫赠珲

临沂城市建设投资集团有限公司  山东省临沂市276000

摘要：

随着全球能源转型的加速推进，新能源如太阳能、风能等可再生能源在电力系统中的渗透率日益提高，为能源结构的优化和环境保护做出了重要贡献。然而，新能源的随机性、间歇性和波动性等特点，给传统电力系统的稳定性带来了前所未有的挑战。本文旨在探讨新能源接入对传统电力系统稳定性的影响，包括频率稳定、电压稳定及功角稳定等方面，并基于这些影响提出相应的应对策略，以期为电力系统的安全稳定运行提供理论支持和实践指导。

关键词：新能源接入；电力系统稳定性；频率稳定；电压稳定；功角稳定；应对策略

引言：

随着全球气候变化和能源危机的日益严峻，发展可再生能源已成为国际社会的共识。新能源的大规模接入，不仅促进了能源结构的多元化，也推动了电力工业的技术革新。然而，新能源发电的固有特性，如输出功率受天气条件影响大、难以准确预测等，使得电力系统的调度和运行管理变得更加复杂。因此，深入研究新能源接入对传统电力系统稳定性的影响，并制定相应的应对策略，对于保障电力系统的安全、可靠、经济运行具有重要意义。

一、新能源接入对电力系统稳定性的影响

1.频率稳定性影响：

新能源发电，如风电和光伏，其出力高度依赖于自然条件，如风速和光照强度，这导致了其发电功率的间歇性。当新能源发电在电网中的占比逐渐增大时，这种间歇性对电网负荷与发电功率之间的平衡带来了显著挑战。具体而言，当风速突然下降或云层遮蔽导致光照强度急剧变化时，新能源发电站的输出功率会迅速减少，若此时其他传统电源无法及时填补这一功率缺口，就会导致电网整体供电不足，进而引发系统频率的下降。相反，若新能源发电在某些时段异常增多，超过负荷需求，也可能导致频率上升。这种频率的频繁波动不仅会影响用户的电力质量，还可能对电力系统中敏感设备的正常运行造成威胁，严重时甚至可能引发电力系统的解列或崩溃，严重影响电力系统的稳定运行。

2.电压稳定性影响：

新能源发电站，尤其是大型风电场和光伏电站，往往建设在风能或太阳能资源丰富的偏远地区，这些地区通常远离电力负荷中心。因此，新能源发出的电能需要经过长距离的输电线路才能送达用户。在输电过程中，线路阻抗、电阻以及感性或容性电抗的存在，会导致电压降落和功率损耗。若新能源发电站的无功补偿设备配置不足或调节不及时，将无法有效支撑线路上的电压水平，从而引发电压波动甚至电压闪变。此外，新能源发电设备，特别是早期的逆变器型发电设备，其无功调节能力相对有限，难以在电网电压波动时提供足够的无功支撑，这进一步加剧了电压稳定问题。电压的不稳定不仅会影响用户的用电体验，还可能损害电力设备的绝缘性能，缩短设备寿命，甚至引发大面积停电事故。

3.功角稳定性影响：

新能源的大规模接入深刻地改变了电力系统的网络结构和动态特性。传统上，电力系统的功角稳定性主要依赖于同步发电机组的转动惯量和励磁系统对功角的调节作用。然而，新能源发电设备，如风力发电机和光伏逆变器，并不具备与同步发电机组相同的动态特性。它们通常通过电力电子变换器与电网相连，这种“弱连接”方式降低了电网的阻尼特性，使得电网对扰动的抵御能力减弱。在弱电网条件下，新能源发电的波动性和不确定性更容易被放大，导致系统内的发电机组之间产生较大的功角差，进而引发系统振荡。如果振荡不能得到有效抑制，就可能引发功角失稳，即发电机组之间的相对角度达到极限值，最终导致系统解列或崩溃。这种功角失稳对电力系统的稳定运行构成了严重威胁，需要采取有效的措施进行预防和应对。

二、应对策略

1.加强新能源预测技术：

在新能源接入日益增多的背景下，提升新能源发电功率的预测精度成为了一项至关重要的任务。这不仅关乎电力系统的调度效率，更直接影响到电网的稳定运行。通过引入先进的气象预测模型、机器学习算法以及大数据分析技术，我们能够更加精确地捕捉风速、光照强度等关键气象参数的变化趋势，进而对新能源发电功率进行更为准确的预测。这些高精度的预测结果，为电力系统的调度人员提供了更为可靠的参考依据，使他们能够提前制定应对措施，减少因预测误差导致的系统不平衡问题。此外，随着预测技术的不断进步，未来还有望实现更短预测周期的实时更新，进一步提升电力系统的调度灵活性和响应速度。

2.优化电网结构：

为了应对新能源接入带来的挑战，我们必须加强电网基础设施建设，打造更加坚强、灵活的电网结构。这包括提升电网的输电能力，通过增建输电线路、优化电网布局等方式，确保新能源发电能够高效、稳定地输送到负荷中心。同时，我们还需要提高电网的灵活性，通过引入柔性交流输电系统（FACTS）等先进技术，实现对电网潮流的灵活控制，降低新能源发电的输送损耗和电压波动。此外，构建智能电网也是优化电网结构的重要方向之一。通过集成信息技术、通信技术、控制技术等先进技术，实现电网的智能化感知、决策和执行，提升电网的调度效率和运行水平，确保电力系统的安全、可靠、经济运行。

3.提升储能技术应用：

储能技术在平抑新能源发电波动性和不确定性方面发挥着重要作用。在电力系统中配置适当的储能装置，如电池储能、抽水蓄能等，可以在新能源发电过剩时吸收多余电能，在发电不足时释放电能补充供电，从而有效缓解新能源发电的波动性对电网的影响。同时，储能装置还能够为电网提供紧急备用容量，提升电网的应急响应能力和可靠性。随着储能技术的不断发展和成本的不断降低，未来储能装置在电力系统中的应用前景将更加广阔。

4.增强系统无功补偿能力：

新能源发电设备的无功调节能力相对有限，这在一定程度上加剧了电力系统的电压稳定问题。为了缓解这一问题，我们需要在新能源发电站和关键输电节点配置足够的无功补偿设备。这些设备能够在系统需要时快速提供或吸收无功功率，从而维持系统的电压稳定。通过增强系统的无功补偿能力，我们可以有效降低电压波动和电压闪变的风险，提高电力系统的供电质量和稳定性。

5.制定灵活的市场机制：

完善电力市场机制是引导新能源发电企业积极参与系统调峰调频等辅助服务、提升电力系统整体灵活性和稳定性的重要手段。通过制定合理的价格机制、建立辅助服务市场等方式，我们可以激励新能源发电企业主动调整发电计划、参与系统调峰调频等辅助服务。这不仅能够减轻传统电源在调峰调频方面的压力，还有助于提高新能源发电的利用率和经济性。同时，灵活的市场机制还能够促进技术创新和产业升级，推动新能源发电技术的不断进步和成本的持续降低。

结语：

新能源接入对传统电力系统稳定性的影响是多方面的，需要我们从技术、管理、市场等多个层面进行综合应对。通过加强新能源预测技术、优化电网结构、提升储能技术应用、增强系统无功补偿能力以及制定灵活的市场机制等措施，可以有效缓解新能源接入带来的稳定性挑战，推动电力系统向更加安全、可靠、经济、环保的方向发展。未来，随着新能源技术的不断进步和电力市场的不断完善，我们有理由相信，新能源将在电力系统中发挥更加重要的作用，为实现全球能源转型和可持续发展目标贡献力量。

参考文献

【1】 姜自超. 新能源接入对传统配电网升级的影响[J]. 通信电源技术,2023,40(18):95-97. DOI:10.19399/j.cnki.tpt.2023.18.032.

【2】 杨若琳. 含高比例新能源的电力系统源网荷储协同规划及优化运行研究[D]. 江苏:东南大学,2022.

【3】 李明书. 计及新能源出力不确定性的网络脆弱线路辨识研究[D]. 江苏:南京师范大学,2021.

作者简介

姓名：闫赠珲

出生年月日：1990.03.15

性别：男

民族：汉

籍贯：山东沂水

学历：本科

职称：无

职务：安监专员

研究方向：电力工程