风电、光伏等新能源接入110千伏及以下电力系统设计策略探讨

风电、光伏等新能源接入110千伏及以下电力系统设计策略探讨

张明果

云南希邦电力勘察设计有限公司 云南昆明 650000

摘要：随着全球对清洁能源的需求不断增长，风电、光伏等新能源在电力系统中的份额也在逐渐扩大。这种清洁、可再生能源的接入给电力系统带来了巨大的变革和挑战。为了充分发挥新能源的潜力并确保电力系统的稳定运行，需要制定科学合理的设计策略来应对这些挑战。本文主要分析风电、光伏等新能源接入110千伏及以下电力系统设计策略探讨。

关键词：风电；光伏；新能源；110千伏及以下电力系统；设计策略

引言

随着清洁能源的快速发展和应用，风电、光伏等新能源逐渐成为电力系统中不可或缺的重要组成部分。将这些新能源有机地接入到110千伏及以下电力系统中，既可以促进能源结构的优化升级，又可以减少对传统化石能源的依赖，实现可持续能源供应。然而，新能源接入对电力系统设计和运行提出了全新的挑战和需求。因此，在新能源接入110千伏及以下电力系统的过程中，制定合适的设计策略显得至关重要。

1、风电、光伏等新能源的重要性

风电、光伏等新能源在当前的能源转型和可持续发展中具有重要性，风电、光伏等新能源属于清洁能源，其发电过程不会产生二氧化碳等有害气体，对环境的污染较小，有利于减少大气的温室气体排放，对应对气候变化和全球暖化具有积极作用。太阳能和风能是全球范围内分布广泛的可再生能源资源，具有丰富的潜力。利用这些新能源可以有效地减少对非可再生能源资源的依赖，实现能源结构的多元化和可持续发展。随着技术的不断进步和成本的不断下降，风电、光伏等新能源的发电成本逐渐降低，具有较高的经济竞争力。发展新能源产业有利于推动相关产业链的发展，促进经济增长和就业创造。传统能源如煤炭、石油等资源存在资源贫乏、易枯竭等问题，容易受到国际市场波动和地缘政治因素的影响。而新能源属于本地资源，利用新能源可以提高能源供应的稳定性和可靠性，减少对进口能源的依赖。新能源属于可再生能源，能够源源不断地获取，并不会因用尽而耗尽。发展和利用新能源有利于实现能源供应的永续性和可持续性，为碳达峰碳中和目标实现保驾护航，为子孙后代留下更好的生态环境和资源保障。

2、新能源接入对110千伏及以下电力系统的影响

风电、光伏等新能源具有波动性和间歇性的特点，其输出功率受天气条件的影响，可能出现突然波动。这会给电网的稳定性带来挑战，可能导致电压波动、频率变化等问题。传统电力系统中，电力从发电站经过输电网传输到负荷点，流向的分布相对集中。而新能源接入后，电力的注入点变得分散，可能导致潮流分布发生变化，需要重新调整电网设备的配置和运行策略。新能源接入使得供电侧的发电方式多样化，例如燃煤发电、水电发电和风能、光能发电等形式并存。这就需要对电力系统中的变电站、配电站和通讯设备等进行容量规划和调整，以适应新能源的连接和消纳需求。由于新能源的接入，电力系统的负荷会增加，特别是在高峰期或新能源并网的区域。这会给电力变压器带来额外的负荷，可能需要对变压器的容量和稳定性进行评估，并采取适当的措施保证其正常运行。传统的电力系统调度主要依赖于中央调度，但新能源接入后，需要通过灵活的调度手段来适应其波动性。因此，电网调度人员需要综合考虑新能源预测、电网状态和市场需求等因素，优化运行方案，确保电力系统的安全稳定运行。

当光伏发电系统接入电网系统后，可能会产生影响电能质量的孤岛现象。当电网运行发生故障时，会使光伏发电系统与输配电网络断开联系，引发继电保护工作，使光伏发电系统处于独立运行状态，只能依靠自身供电。在孤岛拓扑结构中，投网开关断开，光伏发电系统与电网进入孤岛状态，导致电网的负载瞬间超出光伏发电系统的发电功率，进而导致光伏并网系统运行崩溃。此外，孤岛效应还会导致配电网三相负载欠相供电，干扰继电保护装置稳定运行；损害电网中的电气设备；引发电网线路反送电，增大电网运维人员的作业风险；在电网故障消除且光伏发电系统接通电网后，会造成电压相位不同步，出现浪涌电流，对光伏系统产生重大影响，可能会出现跳闸现象。

逆变器是实现光伏发电系统并网的关键技术，在逆变器运行时，要在控制开关信号内设置死区，以隔离逆变器桥臂上、下开关管，确保两个开关管处于关断状态。死区关断时由电感电流决定逆变器输出电压，导致逆变器的实际 PWM 波形与理想 PWM 波形之间存在误差，误差为一组包络线的正负对称方波。方波含有大量谐波，加之开关频率整数倍次含有严重的高频谐波，会造成电网内谐波阻抗增大，引发电流和电压畸变。

3、风电、光伏等新能源接入的110千伏及以下电力系统的优化方案

3.1智能电网技术

智能电网技术是一种基于先进信息通信技术和智能控制技术的电力系统管理和运行模式，旨在提高电网的可靠性、灵活性和效率，实现清洁能源、储能设备和终端用户之间的互动和协调。智能电网技术的核心是通过数字化、自动化和智能化手段对电力系统进行监测、控制和优化，以适应日益多元化的能源需求和复杂的电力系统环境。智能电网技术利用先进的感知技术，如传感器、智能计量等，实时获取电力系统各个节点的数据信息，包括电压、电流、频率、功率等，形成系统的实时状态感知。通过数据采集、传输和处理，可以全面了解电力系统的运行情况，为决策和控制提供准确的数据支持。智能电网技术借助先进的通信技术，构建起电网内部和外部的信息传输网络，实现不同设备之间的信息交互和指令传递。利用互联网、物联网等技术，可以实现电网设备的远程监测和控制，方便运维人员对电力系统进行远程操作和调度。智能电网技术是电力行业的一项重要创新，将推动传统电力系统向智能化、数字化方向发展，为实现清洁、安全、高效的能源转型和可持续发展提供强有力的支撑。

3.2电网规划与设备更新

电网规划与设备更新是指针对电力系统的需求和发展趋势，进行合理的规划设计和设备升级，以确保电网运行的高效性、可靠性和安全性。随着清洁能源发电技术的快速发展和应用，以及电力系统智能化水平的不断提升，电网规划与设备更新显得尤为重要。电网规划需要根据新能源接入情况和负荷需求，制定长期和中期的发展规划。通过综合考虑供需平衡、安全可靠性、经济性等因素，确定电网的基本结构和布局，并优化配置变电站、线路、开关设备等重要设备。同时，要考虑到城乡电网建设、电力市场发展和环境保护等方面的要求，实现电网规划的综合性和系统性。设备更新包括对电力系统中关键设备的更新升级，以适应新能源接入带来的挑战和需求变化。首先是电力变压器的更新，通过提升变压器的承载能力和故障诊断技术，提高其安全稳定运行的能力。其次是线路和开关设备的更新，采用更高强度和更耐久的材料，提高其抗风、抗雷等恶劣天气条件的能力，保障电网运行的可靠性。电网规划与设备更新是保障电网运行和可持续发展的重要保障措施。

3.3协同控制与调度

协同控制与调度是指利用现代信息通信技术、智能计算技术和电力系统控制技术，对多源能源和多种设备进行统一调度和协同控制，以实现电力系统的高效运行、安全稳定和优化调度。在新能源大规模接入和电力系统智能化发展的背景下，协同控制与调度成为电力系统管理和运行的重要手段。协同控制与调度实现了传统能源与新能源之间的协调运行。通过建立多源能源协同调度模型和智能化算法，实现风电、光伏等新能源与火电、水电等传统能源之间的动态协调，优化配比和功率分配，实现清洁能源和传统能源的最佳结合，提高电网的供电质量和经济性。协同控制与调度实现了电力系统内部各个设备之间的智能协同。通过智能化的监测装置和通信系统，实现发电机组、变电站、线路和配电设备等各个设备的信息交互和实时监测，实现设备之间的智能联动和协同控制，提高电力系统的运行效率和安全可靠性。协同控制与调度是构建智能电网的基础和关键，通过不断推进协同控制与调度技术的应用和创新，可以实现电力系统的高效稳定运行、智能化管理和可持续发展，为能源转型和电力行业发展注入新动力。

3.4孤岛效应检测

实时监测孤岛效应，增强光伏发电系统的反孤岛效应能力，降低孤岛危害。孤岛效应检测方法包括主动检测方法和被动检测方法，其中主动检测方法是通过比较分析光伏发电系统主动输出的波形与电网波形的差异判断是否发生孤岛现象，主要包括主动频率偏移法、滑模频率偏移法和输出功率扰动法；被动检测方法是通过检测电网环境标准值变化判断孤岛效应，不会干扰电网正常运行，具备无缘检测特点，主要包括过压欠压法、相位突变法和电压谐波检测法等。

3.5谐波抑制

在光伏发电系统接入电力系统后，采取有效的谐波御制措施有效减少谐波污染，全方位准确监测电能质量，及时遏制和规避电网运行风险。逆变器是光伏发电系统接入配电网后产生谐波的主要设备，需要根据电网电压波形采样确定其脉宽调制波，使得逆变后的电能质量含有谐波成分，这部分谐波来源于功率开关器件。在谐波抑制中，要优选具备高效脉宽调制技术的光伏逆变器功率开关，借助脉宽调制技术调制出谐波成分低、波形好的脉宽，充分发挥电压矢量控制功能，提高电压采样速度，促使输出电压、输出频率、相位与电网同步，进而保证电能输出质量。有源滤波器的自适应调整能力较强，经过研究验证，有源滤波器的谐波抑制率高达95%。随着光伏发电规模和系统并网规模的增大，应大量配置有源滤波器吸收谐波含量，维护配电网安全可靠运行。

结束语

总之，随着清洁能源的发展和应用越来越受到重视，风电、光伏等新能源的接入将成为电力系统发展的主要趋势。通过不断创新和探索，我们有信心能够克服新能源接入带来的挑战，实现电力系统的绿色、智能和可持续发展目标，为构建清洁美好的能源未来贡献力量。

参考文献：

[1]张毅.风电、光伏等新能源接入110千伏及以下电力系统设计探讨[D].华北电力大学(北京),2016.

[2]李坤.光伏新能源接入110千伏及以下电力系统设计[J].现代工业经济和信息化,2021,11(01):53-54.

[3]沈义.风电新能源接入110千伏及以下电力系统设计策略探讨[D].兰州大学,2018.