电网规划中的新能源接入影响分析

李斌 梁永翠

国网西藏电力有限公司经济技术研究院

摘要：能源互联背景下，可再生能源发电的增长与交直流特高压互联是我国电网的重要发展趋势，使得系统的事故备用与净负荷功率波动的备用需求显著增加。同时，负荷侧、储能及网间备用资源将成为传统常规电源备用的重要补充。国内当前基于“两个细则”的辅助服务分类与管理模式将难以适应未来电网运行备用的管理需求。为此，文章提出了基于功率平衡控制过程的备用分类，明确了各类备用的响应时间与持续提供时间，从而有效兼容源、网、荷、储各类备用资源，并对各类资源可提供的备用类型进行了讨论。文章进一步提出了市场化的备用组织建议，并讨论了新备用体系的实施所面临的若干问题。

关键字：电网规划；新能源接入；影响分析

引言

电网作为能源传输和转换的核心，承担着各大能源基地的能量输送、新能源开发的有序接入，以及多种能源资源优化配置的重要责任，因此如何保证电网安全高效地运行在世界范围内都是一个亟需解决和关注的重大难题[1,2]。梳理2000年以来世界范围内发生的多起大停电事故发现，几乎所有的大停电事故都不是单一原因造成的，事故过程中元件的动作在多时间尺度交互影响，形成了复杂的连锁故障演化过程。

1电网规划中能源的发展现状

储能技术多种多样，一般根据储能过程和涉及的能的形式，将储能技术划分为物理储能和化学储能，也有将超导储能、超级电容器等从物理储能中划分出来，单独列为电磁储能。根据中关村储能产业技术联盟多年的统计数据可知％在众多储能技术中，抽水蓄能是目前最为成熟的技术，因此以锂电池为代表的化学储能技术在市场应用、商业化发展上具有巨大的发展前景，持续多年保持高速发展，是目前最具发展前途的储能技术；氢储能作为具备零污染、低成本、长寿命、高效率等特点的储能技术＇十分具有发展潜力，在清洁能源消纳、电网调峰、分布式能源系统等多种场景可以提供应用。储能技术种类众多，适用于不同的场景，但是在能源互联网背景下，已有的电力储能技术面临着多方面的挑战。一方面，现有的储能技术本身就具有多种局限性，受场景、应用方式、现有技术水平等。因素影响Ｉ不同的储能技术往往凭借其突出的优点和暂时可以在某些场景规避其缺点在不同的领域得到应用；另一方面，可再生能源将逐渐成为市场主流，保障可再生能源安全、稳定、高效地运行是当前能源行业面临的新挑战，这一挑战对储能技术突破提出了新需求。

2当前能源转型发展的趋势

能源，一切都是能源，它关系着人类文明变迁和社会进步。当前，我们正面临资源紧缺、环境危机和气候变暖等严峻挑战，绿色低碳转型成为可持续发展的强烈要求。不久前，微软公司的创始人比尔·盖茨说，新冠肺炎很可怕，但气候变化可能更糟。这并不是危言耸听，新的能源革命必须面对这个问题并提出解决方案。我国能源中长期战略方向已定，到2050年非化石能源占一次能源消费的比重要达50%，终端能源消费中电能的占比达到50%，可再生能源发电量占比要达到50%以上。这其实就是要向绿色低碳转型，构建清洁、低碳、安全、高效的现代能源体系，也是我国发挥自主作用，力争2030年前CO2排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的减排承诺的方向。当前，能源行业正进入新的变革时代，新能源快速增长导致全球能源生产和消费结构产生巨大的变化。随着各方积极探索开发能源创新服务价值的努力，智慧能源、综合能源服务，能源互联网正在推动能源革命的新进程。第三次工业革命的核心应是能源革命，其中，能源互联网又是关键，而能源互联网本身即智能电网+智慧能源+综合能源服务。为适应能源革命的发展趋势，贯彻落实习总书记“四个革命，一个合作”的能源安全新战略，国家电网确立了建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业的战略目标。从电网的角度来说，随着新兴能源技术和应用的创新发展，信息通信支撑技术的不断进步，跨界融合和数字革命的驱动，新一代电力与能源系统逐步向能源互联网方向发展。

3电网规划中的新能源接入的具体应用

3.1可再生能源发电的备用需求

可再生能源发电的大规模接入使得电源侧功率的不确定性增加。可再生能源发电的不确定性引起波动性和间歇性。可再生能源出力对秒级时间尺度上的备用影响相对较小，而在分钟级以上时间尺度上的功率波动对电网运行的影响则较为突出。对于可再生能源出力波动性的备用问题可与负荷波动性一同处理，即将传统的负荷备用扩展为净负荷备用。负荷备用容量的确定取决于负荷预测精度。当前，可再生能源发电的预测精度一般低于负荷的预测精度，使得叠加后的净负荷功率的预测精度变差。因此，将增加应对功率预测误差的备用容量需求。可再生能源出力的间歇性表现为:受风速、光照强度等气象因素影响，不同时段上可再生能源出力存在大发、小发和停发等场景，使得净负荷中可再生能源发电的占比具有明显的时段性差异，为此，文献[6]提出了“特殊时段备用”的思路，受此启发，可进一步设计更为精细化的“动态备用”模式，即根据负荷与新能源发电的日前预测精度，结合可再生能源装机容量，在不同时段上配置不同的备用容量。可再生能源机组故障率往往高于传统机组，并且发生连锁故障的概率较大。与功率波动带来的影响不同，机组故障带来的影响是秒级的功率缺额。随着可再生能源装机容量的增加，秒级时间尺度的备用容量配置需要进一步考虑可再生能源发电的机组故障及其连锁故障。

3.2大容量储能规划

能源互联网的主要目的之一是对清洁能源的大规模高效利用，这一目的需对应解决大容量储能的技术问题与合理规划。一方面是大容量储能的技术问题，需对现有储能技术提升优化，实现高效率、低成本；另一方面是合理规划储能布局与容量配置，需综合考虑用户侧、发电侧与配网侧多种约束条件。

3.3集成化与模块化

储能在网络化背景下，智能系统都在趋向集成化与模块化，储能系统也不例外，为了高效利用智能技术，保障能源互联网安全、经济、稳定地运行，提高控制工作效率，集成化与模块化势在必行。这是因为集成化与模块化是解决问题、满足需求、合理控制流程的优化方案，这意味着一体的集成化和模块化配置，将有更优的服务质量。

3.4综合能源服务具有显著综合价值

综合能源服务在推动能源转型、服务经济社会发展方面具有多重价值和意义。一是有助于能源结构优化，通过应用新型用电设备，加速实施电能替代，聚合用户侧各类灵活性资源，促进终端清洁能源利用；二是有助于能源效率提升，通过实施节能改造，开展多能耦合与协同优化，建成多能互补互济的综合能源系统，促进用户侧能源系统高效运行；三是有助于能源智慧互动，发挥能源数据生产要素作用，探索多能互补、多元互动新模式，推进能源领域数字经济蓬勃发展。

结语

可再生能源发电容量日益攀升与交直流特高压互联是能源互联背景下我国电网的重要发展趋势，这也使得系统秒级的事故备用需求与分钟级以上的功率波动备用需求显著增加。同时，常规机组的并网容量逐步被压缩，使得系统惯性降低、电源侧备用资源变少。需求侧、储能及网间备用资源将成为满足未来电网备用需求的重要组成部分。

参考文献

[1] 甘国晓，耿光超，高波，仲悟之，等．考虑线路停运概率的电力系统连锁故障阻断控制[J]．电网技术，2020，44(01)：266-272．

[2] 李文博，朱元振，刘玉田．交直流混联系统连锁故障搜索模型及故障关联分析[J]．电力系统自动化，2018，42(22)：59-68．

[3] 孙华东，王宝财，李文锋，等．高比例电力电子电力系统频率响应的惯量体系研究[J]．中国电机工程学报，2020，40(16)：5179-5192．